Java多线程基础总结四:ThreadLocal

说到ThreadLocal,首先说说这个类的命名。直观上看好像是个Thread的什么亲戚,但其实它想表达的意思是线程本地变量,也就是说每 个线程自己的变量。它作为一个JDK5以后支持范型的类,主要是想利用范型把非线程安全的共享变量,封装成绑定线程的安全不共享变量。 这样的解释我想我们多半能猜出它的实现思路:把一个共享变量在每个线程使用时,初始化一个副本,并且和线程绑定。以后所有的线程对 共享变量的操作都是对线程内部那个副本,完全的线程内部变量的操作。

要实现这样功能类的设计,主要技术点是要能把副本和线程绑定映射,程序可以安全查找到当前线程的副本,修改后安全的绑定给线程 。所以我们想到了Map的存储结构,ThreadLocal内部就是使用了线程安全的Map形式的存储把currentThread和变量副本一一映射。

既然要把共享的变成不共享的,那么就要变量满足一个场景:变量的状态不需要共享。例如无状态的bean在多线程之间是安全的,因为 线程之间不需要同步bean的状态,用了就走(很不负责啊),想用就用。但是对于有状态的bean在线程之间则必须小心,线程A刚看到状态 是a,正想利用a做事情,线程B把bean的状态改为了b,结果做了不该做的。但是如果有状态的bean不需要共享状态,每个线程看到状态a或 者b都可以做出自己的行为,这种情况下不同步的选择就是ThreadLocal了。

利用ThreadLocal的优势就在于根本不用担心有状态的bean为了状态的一致而牺牲性能,去使用synchronized限制只有一个线程在同一时 间做出关于bean状态的行为。而是多个线程同时根据自己持有的bean的副本的状态做出行为,这样的转变对于并发的支持是那么的不可思议 。例如一个 Dao内有个Connection的属性,当多个线程使用Dao的同一个实例时,问题就来了:多个线程用一个Connection,而且它还是有 连接,关闭等等的状态转变的,我们很敏感的想到这个属性不安全!再看这个属性,其实它是多么的想告诉线程哥哥们:我的这些状态根本 就不想共享,不要因为我的状态而不敢一起追求。线程哥哥们也郁闷:你要是有多胞胎姐妹该多好啊!这时候ThreadLocal大哥过来说:小 菜,我来搞定!你们这些线程一人一个 Connection,你想关就关,想连接就连接,再也不用抱怨说它把你的连接关了。这样Dao的实例再也 不用因为自己有个不安全的属性而自卑了。当然 ThreadLocal的思路虽然是很好的,但是官方的说法是最初的实现性能并不好,随着Map结 构和Thread.currentThread的改进,性能较之synchronized才有了明显的优势。所以要是使用的是JDK1.2,JDK1.3等等,也不要妄想麻雀变 凤凰…

再看ThreadLocal和synchronized的本质。前者不在乎多占点空间,但是绝对的忍受不了等待;后者对等待无所谓,但是就是不喜欢浪费 空间。这也反映出了算法的一个规律:通常是使用场景决定时间和空间的比例,既省时又省地的算法多数情况下只存在于幻想之中。下面写 个简单的例子解释一下,不过个人觉得设计的例子不太好,以后有实际的启发再替换吧。

Java代码

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;/**   * User: yanxuxin   * Date: Dec 14, 2009   * Time: 9:26:41 PM   */public class ThreadLocalSample extends Thread {   private OperationSample2 operationSample;   public ThreadLocalSample(OperationSample2 operationSample) {     this.operationSample = operationSample;   }   @Override   public void run() {     operationSample.printAndIncrementNum();   }   public static void main(String[] args) {     final OperationSample2 peration = new OperationSample2();//The shared Object for threads.     for (int i = 0; i < 5; i++) {       new ThreadLocalSample(operation).start();     }   }}class OperationSample {   private int num;   //public synchronized void printAndIncrementNum() {   public void printAndIncrementNum() {     for (int i = 0; i < 2; i++) {       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "[id=" + num + "]");       num += 10;     }   }}class OperationSample2 {   private static ThreadLocal threadArg = new ThreadLocal() {     @Override     protected Integer initialValue() {       return 0;     }   };   public void printAndIncrementNum() {     for (int i = 0; i < 2; i++) {       int num = threadArg.get();       threadArg.set(num + 10);       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "[id=" + num + "]");     }   }}class OperationSample3 {   private static final AtomicInteger uniqueId = new AtomicInteger(0);   private static ThreadLocal threadArg = new ThreadLocal() {     @Override     protected Integer initialValue() {       return uniqueId.getAndIncrement();     }   };   public void printAndIncrementNum() {     for (int i = 0; i < 2; i++) {       int num = threadArg.get();       threadArg.set(num + 10);       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "[id=" + num + "]");     }   }}

这个例子中ThreadLocalSample继承自Thread持有OperationSample三个版本中的一个引用,并且在线程运行时执行 printAndIncrementNum()方法。

首先看版本1:OperationSample有个共享变量num,printAndIncrementNum()方法没有同步保护,方法就是循环给 num赋新值并打印改变 值的线程名。因为没有任何的同步保护,所以原本打算每个线程打印出的值是相邻递加10的结果变成了不确定的递加。有可能线程1的循环 第一次打印0,第二次就打印50。这时候我们使用被注释的方法声明,结果就是预想的同一个线程的两次结果是相邻的递加,因为同一时刻 只有一个线程获得 OperationSample实例的隐式锁完成循环释放锁。

再看版本2:假设我们有个递增10的简单计数器,但是是对每个线程的计数。也就是说我们有一个Integer计数器负责每个线程的计数。 虽然它是有状态的,会变的,但是因为每个线程之间不需要共享变化,所以可以用ThreadLocal管理这个Integer。在这里看到我们的 ThreadLocal变量的initialValue()方法被覆写了,这个方法的作用就是当调用ThreadLocal的get()获取线程绑定的副本时如果还没绑定则 调用这个方法在Map中添加当前线程的绑定映射。这里我们返回0,表示每个线程的初始副本在ThreadLocal的Map的纪录都是0。再看 printAndIncrementNum()方法,没有任何的同步保护,所以多个线程可以同时进入。但是,每个线程通过threadArg.get() 拿到的仅仅是自 己的Integer副本,threadArg.set(num + 10)的也是自己的副本值。所以结果就是虽然线程的两次循环打印有快有慢,但是每个线程的两次 结果都是0和10。

最后是版本3:和版本2的不同在于新加了一个uniqueId的变量。这个变量是java.util.concurrent.atomic包下的原子变量类。这是基于 硬件支持的CAS(比较交换)原语的实现,所以保证了++,–,+=,-=等操作的原子性。所以在ThreadLocal变量的 initialValue()方法中使用 uniqueId.getAndIncrement()将为每个线程初始化唯一不会重复的递加1的Integer 副本值。而结果就会变成5个线程的首次打印是0~4的5 个数字,第二次每个线程的打印是线程对应的首次数字加10的值。

对于ThreadLocal的使用,Spring的源码中有大量的应用,主要是要支持Singleton的实例管理,那么自身的一些Singleton的实现内非线 程安全的变量,属性要用ThreadLocal隔离共享。同时我们在使用Spring的IOC时也要注意有可能多线程调用的注册到IOC容器的 Singleton 型实例是否真的线程安全。另外java.util.concurrent.atomic内的原子变量类简单的提了一下,再看看怎么能瞎编出东西来吧。

接受失败等于打破完美的面具,接受失败等于放松自己高压的心理,

Java多线程基础总结四:ThreadLocal

相关文章:

你感兴趣的文章:

标签云: