ThreadLocal模式的原理，threadlocal模式

ThreadLocal模式的原理，threadlocal模式

　　在JDK的早期版本中，提供了一種解決多線程並發問題的方案：java.lang.ThreadLocal類。ThreadLocal類在維護變數時，實際使用了當前線程（Thread）中的一個叫做ThreadLocalMap的獨立副本，每個線程可以獨立修改屬於自己的副本而不會互相影響，從而隔離了線程和線程，避免了線程訪問執行個體變數發生衝突的問題。

　　ThreadLocal本身並不是一個線程，而是通過操作當前線程中的一個內部變數來達到與其他線程隔離的目的。之所以取名為ThreadLocal，所期望表達的含義是其操作的對象是線程的一個本地變數。

 

Thread.java

public class Thread implements Runnable {    // 這裡省略了許多其他的代碼    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;}

 

ThreadLocal.java

public class ThreadLocal<T> {    // 這裡省略了許多其他代碼      // 將value 的值儲存於當前線程的本地變數中      public void set(T value) {        // 擷取當前線程         Thread t = Thread.currentThread();        // 調用getMap 方法獲得當前線程中的本地變數ThreadLocalMap         ThreadLocalMap map = getMap(t);        // 如果ThreadLocalMap 已存在，直接使用        if (map != null)            // 以當前的ThreadLocal 的執行個體作為key，儲存於當前線程的                     // ThreadLocalMap 中，如果當前線程中定義了多個不同的ThreadLocal                     // 的執行個體，則它們會作為不同key 進行儲存而不會互相干擾                     map.set(this, value);        else            // 如果ThreadLocalMap 不存在，則為當前線程建立一個新的             createMap(t, value);    }    // 擷取當前線程中以當前ThreadLocal 執行個體為key 的變數值    public T get() {        // 擷取當前線程            Thread t = Thread.currentThread();        // 擷取當前線程中的ThreadLocalMap            ThreadLocalMap map = getMap(t);        if (map != null) {            // 擷取當前線程中以當前ThreadLocal 執行個體為key 的變數值            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);            if (e != null)                return (T) e.value;        }        // 當map 不存在時，設定初始值        return setInitialValue();    }    // 從當前線程中擷取與之對應的ThreadLocalMap     ThreadLocalMap getMap(Thread t) {        return t.threadLocals;    }    // 建立當前線程中的ThreadLocalMap     void createMap(Thread t, T firstValue) {        // 調用建構函式產生當前線程中的ThreadLocalMap         t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);    }    // ThreadLoaclMap 的定義        static class ThreadLocalMap {        //這裡省略了許多代碼    }}

 

• ThreadLocalMap變數屬於線程的內部屬性，不同的線程擁有完全不同的ThreadLo-calMap變數。
• 線程中的ThreadLocalMap變數的值是在ThreadLocal對象進行set或者get操作時建立的。
• 在建立ThreadLocalMap之前，會首先檢查當前線程中的ThreadLocalMap變數是否已經存在，如果不存在則建立一個；如果已經存在，則使用當前線程已建立的ThreadLo-calMap。
• 使用當前線程的ThreadLocalMap的關鍵在於使用當前的ThreadLocal的執行個體作為key進行儲存。

 

ThreadLocal模式至少從兩個方面完成了資料訪問隔離，即橫向隔離和縱向隔離。

• 縱向隔離——線程與線程之間的資料訪問隔離。這一點由線程的資料結構保證。因為每個線程在進行對象訪問時，訪問的都是各個線程自己的ThreadLocalMap。  
• 橫向隔離——同一個線程中，不同的Thread-Local執行個體操作的對象之間相互隔離。這一點由ThreadLocalMap在儲存時採用當前ThreadLocal的執行個體作為key來保證。

 

深入比較ThreadLocal模式與synchronized關鍵字

• ThreadLocal是一個Java類，通過對當前線程中的局部變數的操作來解決不同線程的變數訪問的衝突問題。所以，ThreadLocal提供了安全執行緒的共用對象機制，每個線程都擁有其副本。
• Java中的synchronized是一個保留字，它依靠JVM的鎖機制來實現臨界區的函數或者變數在訪問中的原子性。在同步機制中，通過對象的鎖機制保證同一時間只有一個線程訪問變數。此時，被用作“鎖機制”的變數是多個線程共用的。
• 同步機制（synchronized關鍵字）採用了“以時間換空間”的方式，提供一份變數，讓不同的線程排隊訪問。而ThreadLocal採用了“以空間換時間”的方式，為每一個線程都提供一份變數的副本，從而實現同時訪問而互不影響。

要完成ThreadLocal模式，其中最關鍵的地方就是建立一個任何地方都可以訪問到的ThreadLocal執行個體。而這一點，我們可以通過類變數來實現，這個用於承載類變數的類就被視作是一個共用環境。

 

public class Counter {    // 建立一個靜態ThreadLocal 變數，並通過get 方法將其變為一個可訪問的對象     private static ThreadLocal<Integer> counterContext = new            ThreadLocal<Integer>() {                protected synchronized Integer initialValue() {                    return 10;                }            };    // 通過靜態get 方法訪問ThreadLocal 中儲存的值      public static Integer get() {        return counterContext.get();    }    // 通過靜態set 方法將變數值設定到ThreadLocal 中      public static void set(Integer value) {        counterContext.set(value);    }    // 封裝商務邏輯，操作儲存於ThreadLocal 中的變數    public static Integer getNextCounter() {        counterContext.set(counterContext.get() + 1);        return counterContext.get();    }}

 

public class ThreadLocalTest extends Thread {    public void run() {        for (int i = 0; i < 3; i++) {            System.out.println("Thread[" + Thread.currentThread().getName() + "],counter=" + Counter.getNextCounter());        }    }}

 

public class Test {    public static void main(String[] args) throws Exception {        ThreadLocalTest testThread1 = new ThreadLocalTest();        ThreadLocalTest testThread2 = new ThreadLocalTest();        ThreadLocalTest testThread3 = new ThreadLocalTest();        testThread1.start();        testThread2.start();        testThread3.start();    }}

 

我們來運行一下上面的代碼，並看看輸出結果：

Thread[Thread-2],counter=11Thread[Thread-2],counter=12Thread[Thread-2],counter=13Thread[Thread-0],counter=11Thread[Thread-0],counter=12Thread[Thread-0],counter=13Thread[Thread-1],counter=11Thread[Thread-1],counter=12Thread[Thread-1],counter=13

 

ThreadLocal模式最合適的使用情境：在同一個線程的不同開發層次中共用資料。

ThreadLocal模式的兩個主要步驟：  

• 建立一個類，並在其中封裝一個靜態ThreadLocal變數，使其成為一個共用資料環境。  
• 在類中實現訪問靜態ThreadLocal變數的靜態方法（設值和取值）。

 

 

未完待續...