ThreadLocal的理解和使用
1.ThreadLocal初步
早在JDK 1.2的版本中就提供java.lang.ThreadLocal,ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序。
ThreadLocal很容易让人望文生义,想当然地认为是一个“本地线程”。其实,ThreadLocal并不是一个Thread,而是Thread的局部变量,也许把它命名为ThreadLocalVariable更容易让人理解一些。
当使用ThreadLocal维护变量时,ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本,所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会影响其它线程所对应的副本。
从线程的角度看,目标变量就象是线程的本地变量,这也是类名中“Local”所要表达的意思。
主要是四个方法组成
initialValue(),get(),set(T),remove()
例子
Hibernate的文档时看到了关于使ThreadLocal管理多线程访问的部分。具体代码如下
-
1. public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal();
-
2. public static Session currentSession() {
-
3. Session s = (Session)session.get();
-
4. //open a new session,if this session has none
-
-
5. if(s == null){
-
6. s = sessionFactory.openSession();
-
7. session.set(s);
-
8. }
-
return s;
- 9. }
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。
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);
-
}
-
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
一、ThreadLocal是java线程的一个实现
ThreadLocal的确是和java线程有关,不过它并不是java线程的一个实现,它只是用来维护本地变量。针对每个线程,提供自己的变量版本,主要是为了避免线程冲突,每个线程维护自己的版本。彼此独立,修改不会影响到对方。
二、ThreadLocal是相对于每个session的
ThreadLocal顾名思义,是针对线程。在java web编程上,每个用户从开始到会话结束,都有自己的一个session标识。但是ThreadLocal并不是在会话层上。其实,Threadlocal是独立于用户session的。它是一种服务器端行为,当服务器每生成一个新的线程时,就会维护自己的ThreadLocal。对于这个误解,个人认为应该是开发人员在本地基于一些应用服务器测试的结果。众所周知,一般的应用服务器都会维护一套线程池,也就是说,对于每次访问,并不一定就新生成一个线程。而是自己有一个线程缓存池。对于访问,先从缓存池里面找到已有的线程,如果已经用光,才去新生成新的线程。所以,由于开发人员自己在测试时,一般只有他自己在测,这样服务器的负担很小,这样导致每次访问可能是共用同样一个线程,导致会有这样的误解:每个session有一个ThreadLocal
三、ThreadLocal是相对于每个线程的,用户每次访问会有新的ThreadLocal
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
四、对每个用户访问,ThreadLocal可以多用
可以说,ThreadLocal是一把双刃剑,用得来的话可以起到非常好的效果。但是,ThreadLocal如果用得不好,就会跟全局变量一样。代码不能重用,不能独立测试。因为,一些本来可以重用的类,现在依赖于ThreadLocal变量。如果在其他没有ThreadLocal场合,这些类就变得不可用了。个人觉得ThreadLocal用得很好的几个应用场合,值得参考
1、存放当前session用户:quake want的jert
2、存放一些context变量,比如webwork的ActionContext
3、存放session,比如Spring hibernate orm的session
2、ThreadLocal的理解
ThreadLocal是什么
早在JDK 1.2的版本中就提供java.lang.ThreadLocal,ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序。
当使用ThreadLocal维护变量时,ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本,所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会影响其它线程所对应的副本。
从线程的角度看,目标变量就象是线程的本地变量,这也是类名中“Local”所要表达的意思。
所以,在Java中编写线程局部变量的代码相对来说要笨拙一些,因此造成线程局部变量没有在Java开发者中得到很好的普及。
ThreadLocal的接口方法
ThreadLocal类接口很简单,只有4个方法,我们先来了解一下:
- void set(Object value)设置当前线程的线程局部变量的值。
- public Object get()该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。
- public void remove()将当前线程局部变量的值删除,目的是为了减少内存的占用,该方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是,当线程结束后,对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收,所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作,但它可以加快内存回收的速度。
- protected Object initialValue()返回该线程局部变量的初始值,该方法是一个protected的方法,显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法,在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行,并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。
值得一提的是,在JDK5.0中,ThreadLocal已经支持泛型,该类的类名已经变为ThreadLocal<T>。API方法也相应进行了调整,新版本的API方法分别是void set(T value)、T get()以及T initialValue()。
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副本,Map中元素的键为线程对象,而值对应线程的变量副本。我们自己就可以提供一个简单的实现版本:
- package com.test;
- public class TestNum {
- // ①通过匿名内部类覆盖ThreadLocal的initialValue()方法,指定初始值
- private static ThreadLocal<Integer> seqNum = new ThreadLocal<Integer>() {
- public Integer initialValue() {
- return 0;
- }
- };
- // ②获取下一个序列值
- public int getNextNum() {
- seqNum.set(seqNum.get() + 1);
- return seqNum.get();
- }
- public static void main(String[] args) {
- TestNum sn = new TestNum();
- // ③ 3个线程共享sn,各自产生***
- TestClient t1 = new TestClient(sn);
- TestClient t2 = new TestClient(sn);
- TestClient t3 = new TestClient(sn);
- t1.start();
- t2.start();
- t3.start();
- }
- private static class TestClient extends Thread {
- private TestNum sn;
- public TestClient(TestNum sn) {
- this.sn = sn;
- }
- public void run() {
- for (int i = 0; i < 3; i++) {
- // ④每个线程打出3个序列值
- System.out.println("thread[" + Thread.currentThread().getName() + "] --> sn["
- + sn.getNextNum() + "]");
- }
- }
- }
- }
通常我们通过匿名内部类的方式定义ThreadLocal的子类,提供初始的变量值,如例子中①处所示。TestClient线程产生一组***,在③处,我们生成3个TestClient,它们共享同一个TestNum实例。运行以上代码,在控制台上输出以下的结果:
thread[Thread-0] --> sn[1]
thread[Thread-1] --> sn[1]
thread[Thread-2] --> sn[1]
thread[Thread-1] --> sn[2]
thread[Thread-0] --> sn[2]
thread[Thread-1] --> sn[3]
thread[Thread-2] --> sn[2]
thread[Thread-0] --> sn[3]
thread[Thread-2] --> sn[3]
考察输出的结果信息,我们发现每个线程所产生的序号虽然都共享同一个TestNum实例,但它们并没有发生相互干扰的情况,而是各自产生独立的***,这是因为我们通过ThreadLocal为每一个线程提供了单独的副本。
Thread同步机制的比较
ThreadLocal和线程同步机制相比有什么优势呢?ThreadLocal和线程同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题。
在同步机制中,通过对象的锁机制保证同一时间只有一个线程访问变量。这时该变量是多个线程共享的,使用同步机制要求程序慎密地分析什么时候对变量进行读写,什么时候需要锁定某个对象,什么时候释放对象锁等繁杂的问题,程序设计和编写难度相对较大。
而ThreadLocal则从另一个角度来解决多线程的并发访问。ThreadLocal会为每一个线程提供一个独立的变量副本,从而隔离了多个线程对数据的访问冲突。因为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,可以把不安全的变量封装进ThreadLocal。
由于ThreadLocal中可以持有任何类型的对象,低版本JDK所提供的get()返回的是Object对象,需要强制类型转换。但JDK 5.0通过泛型很好的解决了这个问题,在一定程度地简化ThreadLocal的使用,代码清单 9 2就使用了JDK 5.0新的ThreadLocal<T>版本。
概括起来说,对于多线程资源共享的问题,同步机制采用了“以时间换空间”的方式,而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式。前者仅提供一份变量,让不同的线程排队访问,而后者为每一个线程都提供了一份变量,因此可以同时访问而互不影响。
Spring使用ThreadLocal解决线程安全问题我们知道在一般情况下,只有无状态的Bean才可以在多线程环境下共享,在Spring中,绝大部分Bean都可以声明为singleton作用域。就是因为Spring对一些Bean(如RequestContextHolder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等)中非线程安全状态采用ThreadLocal进行处理,让它们也成为线程安全的状态,因为有状态的Bean就可以在多线程中共享了。
一般的Web应用划分为展现层、服务层和持久层三个层次,在不同的层中编写对应的逻辑,下层通过接口向上层开放功能调用。在一般情况下,从接收请求到返回响应所经过的所有程序调用都同属于一个线程,如图9‑2所示:
同一线程贯通三层这样你就可以根据需要,将一些非线程安全的变量以ThreadLocal存放,在同一次请求响应的调用线程中,所有关联的对象引用到的都是同一个变量。
下面的实例能够体现Spring对有状态Bean的改造思路:
代码清单3 TestDao:非线程安全
- package com.test;
- import java.sql.Connection;
- import java.sql.SQLException;
- import java.sql.Statement;
- public class TestDao {
- private Connection conn;// ①一个非线程安全的变量
- public void addTopic() throws SQLException {
- Statement stat = conn.createStatement();// ②引用非线程安全变量
- // …
- }
- }
由于①处的conn是成员变量,因为addTopic()方法是非线程安全的,必须在使用时创建一个新TopicDao实例(非singleton)。下面使用ThreadLocal对conn这个非线程安全的“状态”进行改造:
代码清单4 TestDao:线程安全
- package com.test;
- import java.sql.Connection;
- import java.sql.SQLException;
- import java.sql.Statement;
- public class TestDaoNew {
- // ①使用ThreadLocal保存Connection变量
- private static ThreadLocal<Connection> connThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>();
- public static Connection getConnection() {
- // ②如果connThreadLocal没有本线程对应的Connection创建一个新的Connection,
- // 并将其保存到线程本地变量中。
- if (connThreadLocal.get() == null) {
- Connection conn = getConnection();
- connThreadLocal.set(conn);
- return conn;
- } else {
- return connThreadLocal.get();// ③直接返回线程本地变量
- }
- }
- public void addTopic() throws SQLException {
- // ④从ThreadLocal中获取线程对应的Connection
- Statement stat = getConnection().createStatement();
- }
- }
不同的线程在使用TopicDao时,先判断connThreadLocal.get()是否是null,如果是null,则说明当前线程还没有对应的Connection对象,这时创建一个Connection对象并添加到本地线程变量中;如果不为null,则说明当前的线程已经拥有了Connection对象,直接使用就可以了。这样,就保证了不同的线程使用线程相关的Connection,而不会使用其它线程的Connection。因此,这个TopicDao就可以做到singleton共享了。
当然,这个例子本身很粗糙,将Connection的ThreadLocal直接放在DAO只能做到本DAO的多个方法共享Connection时不发生线程安全问题,但无法和其它DAO共用同一个Connection,要做到同一事务多DAO共享同一Connection,必须在一个共同的外部类使用ThreadLocal保存Connection。
ConnectionManager.java
- package com.test;
- import java.sql.Connection;
- import java.sql.DriverManager;
- import java.sql.SQLException;
- public class ConnectionManager {
- private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {
- @Override
- protected Connection initialValue() {
- Connection conn = null;
- try {
- conn = DriverManager.getConnection(
- "jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username",
- "password");
- } catch (SQLException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- return conn;
- }
- };
- public static Connection getConnection() {
- return connectionHolder.get();
- }
- public static void setConnection(Connection conn) {
- connectionHolder.set(conn);
- }
- }
java.lang.ThreadLocal<T>的具体实现
那么到底ThreadLocal类是如何实现这种“为每个线程提供不同的变量拷贝”的呢?先来看一下ThreadLocal的set()方法的源码是如何实现的:
- /**
- * Sets the current thread's copy of this thread-local variable
- * to the specified value. Most subclasses will have no need to
- * override this method, relying solely on the {@link #initialValue}
- * method to set the values of thread-locals.
- *
- * @param value the value to be stored in the current thread's copy of
- * this thread-local.
- */
- public void set(T value) {
- Thread t = Thread.currentThread();
- ThreadLocalMap map = getMap(t);
- if (map != null)
- map.set(this, value);
- else
- createMap(t, value);
- }
在这个方法内部我们看到,首先通过getMap(Thread t)方法获取一个和当前线程相关的ThreadLocalMap,然后将变量的值设置到这个ThreadLocalMap对象中,当然如果获取到的ThreadLocalMap对象为空,就通过createMap方法创建。
线程隔离的秘密,就在于ThreadLocalMap这个类。ThreadLocalMap是ThreadLocal类的一个静态内部类,它实现了键值对的设置和获取(对比Map对象来理解),每个线程中都有一个独立的ThreadLocalMap副本,它所存储的值,只能被当前线程读取和修改。ThreadLocal类通过操作每一个线程特有的ThreadLocalMap副本,从而实现了变量访问在不同线程中的隔离。因为每个线程的变量都是自己特有的,完全不会有并发错误。还有一点就是,ThreadLocalMap存储的键值对中的键是this对象指向的ThreadLocal对象,而值就是你所设置的对象了。
为了加深理解,我们接着看上面代码中出现的getMap和createMap方法的实现:
- /**
- * Get the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
- * InheritableThreadLocal.
- *
- * @param t the current thread
- * @return the map
- */
- ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
- return t.threadLocals;
- }
- /**
- * Create the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
- * InheritableThreadLocal.
- *
- * @param t the current thread
- * @param firstValue value for the&nbsnbsp;initial entry of the map
- * @param map the map to store.
- */
- void createMap(Thread t, T firstValue) {
- t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
- }
接下来再看一下ThreadLocal类中的get()方法:
- /**
- * Returns the value in the current thread's copy of this
- * thread-local variable. If the variable has no value for the
- * current thread, it is first initialized to the value returned
- * by an invocation of the {@link #initialValue} method.
- *
- * @return the current thread's value of this thread-local
- */
- 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();
- }
再来看setInitialValue()方法:
- /**
- * Variant of set() to establish initialValue. Used instead
- * of set() in case user has overridden the set() method.
- *
- * @return the initial value
- */
- 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;
- }
获取和当前线程绑定的值时,ThreadLocalMap对象是以this指向的ThreadLocal对象为键进行查找的,这当然和前面set()方法的代码是相呼应的。
进一步地,我们可以创建不同的ThreadLocal实例来实现多个变量在不同线程间的访问隔离,为什么可以这么做?因为不同的ThreadLocal对象作为不同键,当然也可以在线程的ThreadLocalMap对象中设置不同的值了。通过ThreadLocal对象,在多线程中共享一个值和多个值的区别,就像你在一个HashMap对象中存储一个键值对和多个键值对一样,仅此而已。
小结
ThreadLocal是解决线程安全问题一个很好的思路,它通过为每个线程提供一个独立的变量副本解决了变量并发访问的冲突问题。在很多情况下,ThreadLocal比直接使用synchronized同步机制解决线程安全问题更简单,更方便,且结果程序拥有更高的并发性。
ConnectionManager.java
- package com.test;
- import java.sql.Connection;
- import java.sql.DriverManager;
- import java.sql.SQLException;
- public class ConnectionManager {
- private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {
- @Override
- protected Connection initialValue() {
- Connection conn = null;
- try {
- conn = DriverManager.getConnection(
- "jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username",
- "password");
- } catch (SQLException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- return conn;
- }
- };
- public static Connection getConnection() {
- return connectionHolder.get();
- }
- public static void setConnection(Connection conn) {
- connectionHolder.set(conn);
- }
3、ThreadLocal封装Connection,实现同一线程共享资源
线程安全一直是程序猿们关注的焦点,多线程也一直是比较让人头疼的话题,想必大家曾经也遇到过各种各种的问题,我就不再累述了。当然,解决方式也有很多,这篇博文给大家提供一种很好的解决线程安全问题的思路。
首先,我们先简单的认识一下ThreadLocal,之后是实例+解析,最后一句话总结。
1、认识一下ThreaLocal
认识ThreadLocal必须要通过api文档,不仅仅具有说服力,而且它会给你更加全面的解释。下面我我给大家从api文档上截取一张图,并标出来了七点需要重点理解的内容,实例过后的解析也是重点解释这七部分。
对于上面的内容,不理解没有关系,我们通过下面的实例加深一下理解,实例之后我会给大家一个更加深入的解释。
2、ThreaLocal封装Connection实例+解析
下面的代码只是ThreaLocal封装Connection的核心代码,对于多余的内容成功避开就好,并且有一部分代码是“dom4j解析xml文件,连接数据库”的内容,非常适合初学者,如有需要,请您移驾到此。
- package com.bjpowernode.drp.util;
- import java.sql.Connection;
- import java.sql.DriverManager;
- import java.sql.ResultSet;
- import java.sql.SQLException;
- import java.sql.Statement;
- /**
- * 采用ThreadLocal封装Connection
- * 只要线程是活动的,没有结束,ThreadLocal是可访问的,就可以访问本线程的connection
- *
- * @author liang
- *
- */
- public class ConnectionManager {
- //使用ThreadLocal保存Connection变量
- private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>();
- /**
- * 连接Connection
- * @return
- */
- public static Connection getConnection(){
- //ThreadLocal取得当前线程的connection
- Connection conn = connectionHolder.get();
- //如果ThreadLocal没有绑定相应的Connection,创建一个新的Connection,
- //并将其保存到本地线程变量中。
- if(conn == null){
- try {
- JdbcConfig jdbcConfig = XmlConfigReader.getInstance().getJdbcConfig();
- Class.forName(jdbcConfig.getDriverName());
- conn = DriverManager.getConnection(jdbcConfig.getUrl(), jdbcConfig.getUserName(), jdbcConfig.getPassword());
- //将当前线程的Connection设置到ThreadLocal
- connectionHolder.set(conn);
- } catch (ClassNotFoundException e) {
- e.printStackTrace();
- throw new ApplicationException("系统错误,请联系系统管理员");
- } catch (SQLException e) {
- e.printStackTrace();
- throw new ApplicationException("系统错误,请联系系统管理员");
- }
- }
- return conn;
- }
- /**
- * 关闭Connection,清除集合中的Connection
- */
- public static void closeConnection(){
- //ThreadLocal取得当前线程的connection
- Connection conn = connectionHolder.get();
- //当前线程的connection不为空时,关闭connection.
- if(conn != null){
- try{
- conn.close();
- //connection关闭之后,要从ThreadLocal的集合中清除Connection
- connectionHolder.remove();
- }catch(SQLException e){
- e.printStackTrace();&nnbsp;
- }
- }
- }
- }
下面的代码给大家演示了:ThreadLocal如何在同一个线程中可以共享Connection资源。
- package com.bjpowernode.drp.flowcard.manager.impl;
- import java.sql.Connection;
- import java.util.Date;