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ThreadLocal简介  

2010-10-01 15:31:52|  分类: JAVA线程安全 |  标签: |举报 |字号 订阅

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ThreadLocal是什么呢?其实ThreadLocal不是一个线程的本地实现版本,也不是一个Thread。
ThreadLocal的目的就是为每一个使用ThreadLocal的线程都提供一个值,
让该值和使用它的线程绑定,当然每一个线程都可以独立地改变它绑定的值

主要函数
Public Methods
Tget()
Returns the value of this variable for the current thread.
返回当前线程的线程局部变量副本
voidremove()
Removes the entry for this variable in the current thread.
如果我们想把ThreadLocal所绑定的对象的引用清空,请不要粗暴的把ThreadLocal设置null,而应该调用remove()方法
voidset(T value)
Sets the value of this variable for the current thread.
设置当前线程的线程局部变量副本的值  
Protected Methods
TinitialValue()
Provides the initial value of this variable for the current thread.
该方法返回当前线程在该线程局部变量的初始值。这个方法是一个延迟调用方法,在一个线程第1次调用get()且此时还没调用set(Object)时才执行,并且仅执行1次。ThreadLocal中返回的是null。该方法是一个protected的方法,它主要是为设置局部变量的初始值提供方便。

 ThreadLocal是如何做到让每一个线程和一个值绑定的呢?
其实实现的思路很简单,在ThreadLocal类中有一个Map,用于存储每一个线程的变量的副本。
比如下面的示例实现:
示例1:
public class ThreadLocal {  
  
private Map values = Collections.synchronizedMap(new HashMap()); 

  
public Object get() { 
    Thread curThread = Thread.currentThread(); 
    Object o = values.get(curThread); 
    
if (o == null && !values.containsKey(curThread)) { 
      o = initialValue(); 
      values.put(curThread, o); 
    } 
    return o; 
  } 

  
public void set(Object newValue) { 
    values.put(Thread.currentThread(), newValue); 
  } 

  
public Object initialValue() { 
    return null; 
  } 
}
 
注意:以上只是一个粗略的实现。我觉得上面的没有必要使用Collections.synchronizedMap。
因为不同的线程不可能对HashMap的同一项进行操作

在JDK中的ThreadLocal的实现感觉很巧妙:
下面是去掉了注释后ThreadLocal的代码
public class ThreadLocal<T> {
    private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
       private static AtomicInteger nextHashCode = 
        new AtomicInteger();
    private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
   private static int nextHashCode() {
        return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT); 
    }
    protected T initialValue() {
        return null;
    }
    public ThreadLocal() {
    }
       public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null)
                return (T)e.value;
        }
        return setInitialValue();
    }
    private T setInitialValue() {
        T value = initialValue();
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
        return value;
    }
    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }
     public void remove() {
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
         if (m != null)
             m.remove(this);
     }
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }
    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }
    static ThreadLocalMap createInheritedMap(ThreadLocalMap parentMap) {
        return new ThreadLocalMap(parentMap);
    }
       T childValue(T parentValue) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
注意1:每个线程有个ThreadLocalMap threadLocals,它是把ThreadLocal作为threadLocals键值在使用的。这点比示例1的算法先进多。它没有了同步问题。因为它被创建后根本就没读写操作。
注意2:ThreadLocalMap就在ThreadLocal中,但是它并没有使用HashMap,它使用的算法有复杂,没看明白
注意3如果我们对hashcode不是通过该对象的成员生成,而是使其自动生成时,且采用取余形式得到哈希值,增量(HASH_INCREMENT)最好是个素数。这样增量的才不能被任何才小于取余值(哈希表的长度)整除,否则会哈希到同一个桶中。
ThreadLocalMap中就是对hashcode取余的方式得到哈希值的。
int len = tab.length;
int i = key.hashCode & (len-1);
因为
  /**
   * The initial capacity -- MUST be a power of two.
   */

  private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
所以上面的"int i = key.hashCode & (len-1);"相当于"int i = key.hashCode %len;"
虽然"HASH_INCREMENT"不是个素数,但是它却不能被tab.length(它等于2的n此方且大于等于16)被整除的。
注意4:ThreadLocalMap中采用的是弱引用
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
            
/** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

            Entry(ThreadLocal k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
注意5:JDK为什么不使用hashMap或WeakHashMap,而是自己写了ThreadLocalMap。应该主要是为提供了对不同key(这里是ThreadLocal)对象的但hashCode相同的存储的支持。
如果希望线程局部变量初始化其它值,那么需要自己实现ThreadLocal的子类并重写initialValue()该方法,
通常使用一个内部匿名类对
ThreadLocal进行子类化,比如下面的例子,SerialNum类为每一个类分配一个序号
Java代码
 public class SerialNum { :
     
 // The next serial number to be assigned 
      private static int nextSerialNum = 0; 
   
      private static ThreadLocal serialNum = new ThreadLocal() { 
          protected synchronized Object initialValue() { 
              return new Integer(nextSerialNum++); 
          } 
      }; 
   
      public static int get() { 
          return ((Integer) (serialNum.get())).intValue(); 
      } 
  } 
SerialNum类的使用将非常地简单,因为get()方法是static的,所以在需要获取当前线程的序号时,简单地调用:
Java代码
    int serial = SerialNum.get(); 
即可。
使用方法一
Hibernate的文档中关于使ThreadLocal管理多线程访问的部分。
具体代码如下
  public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal();
  
public static Session currentSession() {
      Session s = (Session)session.get();
      //open a new session,if this session has none
   if(s == null){
      s = sessionFactory.openSession();
      session.set(s);
   }
      return s;
 }

我们逐行分析
1。 初始化一个ThreadLocal对象,ThreadLocal有三个成员方法 get()、set()、initialvalue()。
    如果不初始化initialvalue,则initialvalue返回null。
3。 session的get根据当前线程返回其对应的线程内部变量,也就是我们需要的net.sf.hibernate.Session(相当于对应每个数据库连接).
多线程情况下共享数据库链接是不安全的。ThreadLocal保证了每个线程都有自己的s(数据库连接)。
5。如果是该线程初次访问,自然,s(数据库连接)会是null,接着创建一个Session,具体就是行6。
6。创建一个数据库连接实例 s
7。保存该数据库连接s到ThreadLocal中。
8。如果当前线程已经访问过数据库了,则从session中get()就可以获取该线程上次获取过的连接实例。
使用方法二
当要给线程初始化一个特殊值时,需要自己实现ThreadLocal的子类并重写该方法,
通常使用一个内部匿名类对ThreadLocal进行子类化,EasyDBO中创建jdbc连接上下文就是这样做的:
public class JDBCContext{
 
private static Logger logger = Logger.getLogger(JDBCContext.class);
 private DataSource ds;
 protected Connection connection;
 private boolean isValid = true;
 private static ThreadLocal jdbcContext;
 
 private JDBCContext(DataSource ds){
  this.ds = ds;
  createConnection();  
 }
 public static JDBCContext getJdbcContext(javax.sql.DataSource ds)
 {  
  if(jdbcContext==null)jdbcContext=new JDBCContextThreadLocal(ds);
  JDBCContext context = (JDBCContext) jdbcContext.get();
  if (context == null) {
   context = new JDBCContext(ds);
    jdbcContext.set(context);
  }
  return context;
 }

 private static class JDBCContextThreadLocal extends ThreadLocal {
  public javax.sql.DataSource ds;
  
public JDBCContextThreadLocal(javax.sql.DataSource ds)
  {
   this.ds=ds;
  }
  
protected synchronized Object initialValue() {
   return new JDBCContext(ds);
  }
 }
}

使用单例模式,不同的线程调用getJdbcContext()获得自己的jdbcContext,
都是通过JDBCContextThreadLocal内置子类来获得JDBCContext对象的线程局部变量
总结
    ThreadLocal和同步机制,两者面向的问题领域不同
    同步机制是为了同步多个线程对相同资源的并发访问,是为了多个线程之间进行通信的有效方式;    而ThreadLocal是隔离多个线程的数据共享,从根本上就不在多个线程之间共享资源(变量),这样当然不需要对多个线程进行同步了。
    所以,如果你需要进行多个线程之间进行通信,则使用同步机制;如果需要隔离多个线程之间的共享冲突,可以使用ThreadLocal,这将极大地简化你的程序,使程序更加易读、简洁。
如果我们想把ThreadLocal所绑定的对象的引用清空,请不要粗暴的把ThreadLocal引用设置null,而应该调用remove()方法。否则会造成内存泄露。关于此的更多内容请参考《ThreadLocal的内存泄露
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