Java并发编程示例(九):本地线程变量的使用

共享数据是并发程序最关键的特性之一。对于无论是继承Thread类的对象,还是实现Runnable接口的对象,这都是一个非常周重要的方面。

如果创建了一个实现Runnable接口的类的对象,并使用该对象启动了一系列的线程,则所有这些线程共享相同的属性。换句话说,如果一个线程修改了一个属性,则其余所有线程都会受此改变的影响。

有时,我们更希望能在线程内单独使用,而不和其他使用同一对象启动的线程共享。Java并发接口提供了一种很清晰的机制来满足此需求,该机制称为本地线程变量。该机制的性能也非常可观。

知其然

按照下面所示步骤,完成示例程序。

1.首先,实现一个有上述问题的程序。创建一个名为UnsafeTask的类,并且实现Runnable接口。在类中声明一个java.util.Date类型的私有属性。代码如下:

复制代码 代码如下:

public class UnsafeTask implements Runnable {
    private Date startDate;

2.实现UnsafeTask的run()方法,该方法实例化startDate属性,并将其值输出到控制台上。休眠随机一段时间,然后再次将startDate属性的值输出到控制台上。代码如下:

复制代码 代码如下:

@Override
public void run() {
    startDate = new Date();
    System.out.printf("Starting Thread: %s : %s\n",
            Thread.currentThread().getId(), startDate);

try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep((int) Math.rint(Math.random() * 10));
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }

System.out.printf("Thread Finished: %s : %s\n",
            Thread.currentThread().getId(), startDate);
}

3.实现问题程序的主类。创建一个带有main()方法的类,UnsafeMain。在main()方法中,创建一个UnsafeTask对象,并使用该对象来创建10个Thread对象,来启动10个线程。在每个线程中间,休眠2秒钟。代码如下:

复制代码 代码如下:

public class UnsafeMain {
    public static void main(String[] args) {
        UnsafeTask task = new UnsafeTask();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread thread = new Thread(task);
            thread.start();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

4.从上面的逻辑来看,每个线程都有一个不同的启动时间。但是,根据下面的输出日志来看,出现了好多相同的时间值。如下:

复制代码 代码如下:

Starting Thread: 9 : Sun Sep 29 23:31:08 CST 2013
Starting Thread: 10 : Sun Sep 29 23:31:10 CST 2013
Starting Thread: 11 : Sun Sep 29 23:31:12 CST 2013
Starting Thread: 12 : Sun Sep 29 23:31:14 CST 2013
Thread Finished: 9 : Sun Sep 29 23:31:14 CST 2013
Starting Thread: 13 : Sun Sep 29 23:31:16 CST 2013
Thread Finished: 10 : Sun Sep 29 23:31:16 CST 2013
Starting Thread: 14 : Sun Sep 29 23:31:18 CST 2013
Thread Finished: 11 : Sun Sep 29 23:31:18 CST 2013
Starting Thread: 15 : Sun Sep 29 23:31:20 CST 2013
Thread Finished: 12 : Sun Sep 29 23:31:20 CST 2013
Starting Thread: 16 : Sun Sep 29 23:31:22 CST 2013
Starting Thread: 17 : Sun Sep 29 23:31:24 CST 2013
Thread Finished: 17 : Sun Sep 29 23:31:24 CST 2013
Thread Finished: 15 : Sun Sep 29 23:31:24 CST 2013
Thread Finished: 13 : Sun Sep 29 23:31:24 CST 2013
Starting Thread: 18 : Sun Sep 29 23:31:26 CST 2013
Thread Finished: 14 : Sun Sep 29 23:31:26 CST 2013
Thread Finished: 18 : Sun Sep 29 23:31:26 CST 2013
Thread Finished: 16 : Sun Sep 29 23:31:26 CST 2013

5.如前文所示,我们准备使用本地线程变量(the thread-local variables)机制来解决这个问题。

6.创建一个名为SafeTask的类,并且实现Runnable接口。代码如下:

复制代码 代码如下:

public class SafeTask implements Runnable {

7.声明一个ThreadLocal<Date>类型的对象,该对象实例化时,重写了initialValue()方法,在该方法中返回实际的日期值。代码如下:

复制代码 代码如下:

private static ThreadLocal<Date> startDate = new
        ThreadLocal<Date>() {
            @Override
            protected Date initialValue() {
                return new Date();
            }
        };

8.实现SafeTask类的run()方法。该方法和UnsafeTask的run()方法一样,只是startDate属性的方法方式稍微调整一下。代码如下:

复制代码 代码如下:

@Override
public void run() {
    System.out.printf("Starting Thread: %s : %s\n",
            Thread.currentThread().getId(), startDate.get());

try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep((int) Math.rint(Math.random() * 10));
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }

System.out.printf("Thread Finished: %s : %s\n",
            Thread.currentThread().getId(), startDate.get());
}

9.该安全示例的主类和非安全程序的主类基本相同,只是需要将UnsafeTask修改为SafeTask即可。具体代码如下:

复制代码 代码如下:

public class SafeMain {
    public static void main(String[] args) {
        SafeTask task = new SafeTask();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread thread = new Thread(task);
            thread.start();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

10.运行程序,分析两次输入的不同之处。

为了规范类的命名,本文中主类的命名和原文稍有不同。另外,原文程序和文字叙述不一致。应该是一个笔误。

知其所以然

下面是安全示例的执行结果。从结果中,可以很容易地看出,每个线程都有一个属于各自线程的startDate属性值。程序输入如下:

复制代码 代码如下:

Starting Thread: 9 : Sun Sep 29 23:52:17 CST 2013
Starting Thread: 10 : Sun Sep 29 23:52:19 CST 2013
Starting Thread: 11 : Sun Sep 29 23:52:21 CST 2013
Thread Finished: 10 : Sun Sep 29 23:52:19 CST 2013
Starting Thread: 12 : Sun Sep 29 23:52:23 CST 2013
Thread Finished: 11 : Sun Sep 29 23:52:21 CST 2013
Starting Thread: 13 : Sun Sep 29 23:52:25 CST 2013
Thread Finished: 9 : Sun Sep 29 23:52:17 CST 2013
Starting Thread: 14 : Sun Sep 29 23:52:27 CST 2013
Starting Thread: 15 : Sun Sep 29 23:52:29 CST 2013
Thread Finished: 13 : Sun Sep 29 23:52:25 CST 2013
Starting Thread: 16 : Sun Sep 29 23:52:31 CST 2013
Thread Finished: 14 : Sun Sep 29 23:52:27 CST 2013
Starting Thread: 17 : Sun Sep 29 23:52:33 CST 2013
Thread Finished: 12 : Sun Sep 29 23:52:23 CST 2013
Thread Finished: 16 : Sun Sep 29 23:52:31 CST 2013
Thread Finished: 15 : Sun Sep 29 23:52:29 CST 2013
Starting Thread: 18 : Sun Sep 29 23:52:35 CST 2013
Thread Finished: 17 : Sun Sep 29 23:52:33 CST 2013
Thread Finished: 18 : Sun Sep 29 23:52:35 CST 2013

线程本地变量为每个线程存储了一个属性的副本。可以使用ThreadLocal的get()方法获取变量的值,使用set()方法设置变量的值。如果第一次访问线程本地变量,并且该变量还没有赋值,则调用initialValue()方法为每个线程初始化一个值。

永无止境

ThreadLocal类还提供了remove()方法,来删掉调用该方法的线程中存储的本地变量值。

另外,Java并发API还提供了InheritableThreadLocal类,让子线程可以接收所有可继承的线程局部变量的初始值,以获得父线程所具有的值。如果线程A有一个线程本地变量,当线程A创建线程B时,则线程B将拥有和线程A一样的线程本地变量。还可以重写childValue(),来初始化子线程的线程本地变量。该方法将接受从父线程以参数形式传递过来的线程本地变量的值。

拿来主义

本文是从 《Java 7 Concurrency Cookbook》 (D瓜哥窃译为 《Java7并发示例集》 )翻译而来,仅作为学习资料使用。没有授权,不得用于任何商业行为。

小有所成

下面是本节示例所包含的所有代码的完整版。

UnsafeTask类的完整代码:

复制代码 代码如下:

package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;

import java.util.Date;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 不能保证线程安全的例子
 * Date: 2013-09-23
 * Time: 23:58
 */
public class UnsafeTask implements Runnable {
    private Date startDate;

@Override
    public void run() {
        startDate = new Date();
        System.out.printf("Starting Thread: %s : %s\n",
                Thread.currentThread().getId(), startDate);

try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep((int) Math.rint(Math.random() * 10));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

System.out.printf("Thread Finished: %s : %s\n",
                Thread.currentThread().getId(), startDate);
    }
}

UnsafeMain类的完整代码:

复制代码 代码如下:

package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 不安全的线程示例
 * Date: 2013-09-24
 * Time: 00:04
 */
public class UnsafeMain {
    public static void main(String[] args) {
        UnsafeTask task = new UnsafeTask();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread thread = new Thread(task);
            thread.start();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

SafeTask类的完整代码:

复制代码 代码如下:

package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;

import java.util.Date;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 使用线程本地变量保证线程安全
 * Date: 2013-09-29
 * Time: 23:34
 */
public class SafeTask implements Runnable {
    private static ThreadLocal<Date> startDate = new
            ThreadLocal<Date>() {
                @Override
                protected Date initialValue() {
                    return new Date();
                }
            };

@Override
    public void run() {
        System.out.printf("Starting Thread: %s : %s\n",
                Thread.currentThread().getId(), startDate.get());

try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep((int) Math.rint(Math.random() * 10));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

System.out.printf("Thread Finished: %s : %s\n",
                Thread.currentThread().getId(), startDate.get());
    }
}

SafeMain类的完整代码:

复制代码 代码如下:

package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 安全的线程示例
 * Date: 2013-09-24
 * Time: 00:04
 */
public class SafeMain {
    public static void main(String[] args) {
        SafeTask task = new SafeTask();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread thread = new Thread(task);
            thread.start();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

时间: 2014-12-03

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深入探究Java多线程并发编程的要点

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Java并发编程示例(五):线程休眠与恢复

有时,我们需要在指定的时间点中断正在执行的线程.比如,每分钟检查一次传感器状态的线程,其余时间,线程不需要做任何事情.在此期间,线程不需要使用计算机的任何资源.过了这段时间之后,并且当Java虚拟机调度了该线程,则该线程继续执行.为此,你可以使用Thread类的sleeep()方法.该方法以休眠的方式来推迟线程的执行,而且整数类型的参数则指明休眠的毫秒数.当调用sleep()方法,休眠时间结束后,Java虚拟机分配给线程CPU运行时间,线程就会继续执行. 另一种是用sleep()方法的方式是通过

Java并发编程之栅栏(CyclicBarrier)实例介绍

栅栏类似闭锁,但是它们是有区别的. 1.闭锁用来等待事件,而栅栏用于等待其他线程.什么意思呢?就是说闭锁用来等待的事件就是countDown事件,只有该countDown事件执行后所有之前在等待的线程才有可能继续执行;而栅栏没有类似countDown事件控制线程的执行,只有线程的await方法能控制等待的线程执行. 2.CyclicBarrier强调的是n个线程,大家相互等待,只要有一个没完成,所有人都得等着. 场景分析:10个人去春游,规定达到一个地点后才能继续前行.代码如下 复制代码 代码如

Java并发编程示例(二):获取和设置线程信息

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Java并发编程示例(四):可控的线程中断

在上一节"线程中断"中,我们讲解了如何中断一个正在执行的线程以及为了中断线程,我们必须对Thread动点什么手脚.一般情况下,我们可以使用上一节介绍的中断机制.但是,如果线程实现了一个分配到多个方法中的复杂算法,或者方法调用中有一个递归调用,我们应该使用更好的方式来控制线程的中断.为此,Java提供了InterruptedException异常.当检测到中断请求时,可以抛出此异常,并且在run()方法中捕获. 在本节,我们将使用一个线程查找指定目录及其子目录下文件来演示通过使用Inte

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Java语言中,把异常分为两类: 受检异常: 这类异常必须在throws子句中被显式抛出或者在方法内被捕获.例如,IOException异常或ClassNotFoundException异常. 非受检异常: 这类异常不需要显式抛出或捕获.例如,NumberFormatException异常. 当一个受检异常在Thread对象的run()方法中被抛出时,我们必须捕获并处理它,因为run()方法不能抛出异常.而一个非受检异常在Thread对象的run()方法中被抛出时,默认的行为是在控制台打印出堆栈

Java并发编程示例(三):线程中断

一个多线程的Java程序,直到所有线程执行完成,整个程序才会退出.(需要注意的是,是所有非后台线程(non-daemon thread)执行完成:如果一个线程执行了System.exit()方法,程序也会退出.)有时,你想中止一个线程的执行,例如你想退出程序,或者你想取消一个正在执行的任务等. Java提供了中断机制,可以让我们显式地中断我们想中止执行的线程.中断机制的一个特征就是我们可以检查线程是否已经被中断,进而决定是否响应中止请求.线程也可以忽略中止请求,继续执行. 在本节,我们所开发的示