java 中ThreadLocal本地线程和同步机制的比较

ThreadLocal的设计

首先看看ThreadLocal的接口:

Object get() ; // 返回当前线程的线程局部变量副本 protected Object
initialValue(); // 返回该线程局部变量的当前线程的初始值
void set(Object value); // 设置当前线程的线程局部变量副本的值

  ThreadLocal有3个方法,其中值得注意的是initialValue(),该方法是一个protected的方法,显然是为了子类重写而特意实现的。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()或者set(Object)时才执行,并且仅执行1次。ThreadLocal中的确实实现直接返回一个null:

protected Object initialValue() { return null; }

  ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢?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:就相当于存Map 这个是ThreadLocal的get方法的实现

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();//获取当前线程
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
      ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
      if (e != null)
        return (T)e.value;
    }
    return setInitialValue();
  }

   ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
  }

ThreadLocal与其它同步机制的比较

  ThreadLocal和其它同步机制相比有什么优势呢?ThreadLocal和其它所有的同步机制都是为了解决多线程中的对同一变量的访问冲突,在普通的同步机制中,是通过对象加锁来实现多个线程对同一变量的安全访问的。这时该变量是多个线程共享的,使用这种同步机制需要很细致地分析在什么时候对变量进行读写,什么时候需要锁定某个对象,什么时候释放该对象的锁等等很多。所有这些都是因为多个线程共享了资源造成的。ThreadLocal就从另一个角度来解决多线程的并发访问,ThreadLocal会为每一个线程维护一个和该线程绑定的变量的副本,从而隔离了多个线程的数据,每一个线程都拥有自己的变量副本,从而也就没有必要对该变量进行同步了。ThreadLocal提供了线程安全的共享对象,在编写多线程代码时,可以把不安全的整个变量封装进ThreadLocal,或者把该对象的特定于线程的状态封装进ThreadLocal。

  由于ThreadLocal中可以持有任何类型的对象,所以使用ThreadLocal get当前线程的值是需要进行强制类型转换。但随着新的Java版本(1.5)将模版的引入,新的支持模版参数的ThreadLocal<T>类将从中受益。也可以减少强制类型转换,并将一些错误检查提前到了编译期,将一定程度地简化ThreadLocal的使用。

总结

当然ThreadLocal并不能替代同步机制,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。

ThreadLocal常见用途:

存放当前session用户
存放一些context变量,比如webwork的ActionContext
存放session,比如Spring hibernate orm的session

例子:用 ThreadLocal 实现每线程 Singleton

线程局部变量常被用来描绘有状态“单子”(Singleton) 或线程安全的共享对象,或者是通过把不安全的整个变量封装进 ThreadLocal,或者是通过把对象的特定于线程的状态封装进 ThreadLocal。例如,在与数据库有紧密联系的应用程序中,程序的很多方法可能都需要访问数据库。在系统的每个方法中都包含一个 Connection 作为参数是不方便的 — 用“单子”来访问连接可能是一个虽然更粗糙,但却方便得多的技术。然而,多个线程不能安全地共享一个 JDBC Connection。如清单 3 所示,通过使用“单子”中的 ThreadLocal,我们就能让我们的程序中的任何类容易地获取每线程 Connection 的一个引用。这样,我们可以认为 ThreadLocal 允许我们创建每线程单子。

package org.heinrich.app.connection;

import java.sql.Connection;

public class ConnectionUtils {

 private final static ThreadLocal<Connection> threadLocal = new ThreadLocal<>();

 public Connection getConnection(){
 Connection connection = threadLocal.get();
 if(connection ==null){
  connection = new DBHelper().getConn();
  threadLocal.set(connection);
 }

 return connection;
 }

}

package org.heinrich.app.connection;

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
//数据库连接
public class DBHelper {
 public static final String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/fk_test";
 public static final String name = "com.mysql.jdbc.Driver";
 public static final String user = "root";
 public static final String password = "root";

 public Connection conn = null;

 public Connection getConn() {
 try {
  Class.forName(name);// 指定连接类型
  conn = DriverManager.getConnection(url, user, password);// 获取连接
 } catch (Exception e) {
  e.printStackTrace();
 }
 return conn;
 }

}

简单的实现Mysql连接线程安全的一种方式

理论上来说,ThreadLocal是的确是相对于每个线程,每个线程会有自己的ThreadLocal。但是上面已经讲到,一般的应用服务器都会维护一套线程池。因此,不同用户访问,可能会接受到同样的线程。因此,在做基于TheadLocal时,需要谨慎,避免出现ThreadLocal变量的缓存,导致其他线程访问到本线程变量。

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时间: 2017-03-20

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