深入研究java.lang.ThreadLocal類
 
 
一、概述
 
ThreadLocal是什麼呢？其實ThreadLocal並非是一個執行緒的本地實現版本，它並不是一個Thread，而是threadlocalvariable(執行緒區域性變數)。也許把它命名為ThreadLocalVar更加合適。執行緒區域性變數(ThreadLocal)其實的功用非常簡單，就是為每一個使用該變數的執行緒都提供一個變數值的副本，是Java中一種較為特殊的執行緒繫結機制，是每一個執行緒都可以獨立地改變自己的副本，而不會和其它執行緒的副本衝突。
 
從執行緒的角度看，每個執行緒都保持一個對其執行緒區域性變數副本的隱式引用，只要執行緒是活動的並且 ThreadLocal 例項是可訪問的；線上程消失之後，其執行緒區域性例項的所有副本都會被垃圾回收（除非存在對這些副本的其他引用）。
 
通過ThreadLocal存取的資料，總是與當前執行緒相關，也就是說，JVM 為每個執行的執行緒，繫結了私有的本地例項存取空間，從而為多執行緒環境常出現的併發訪問問題提供了一種隔離機制。
 
ThreadLocal是如何做到為每一個執行緒維護變數的副本的呢？其實實現的思路很簡單，在ThreadLocal類中有一個Map，用於儲存每一個執行緒的變數的副本。
 
概括起來說，對於多執行緒資源共享的問題，同步機制採用了“以時間換空間”的方式，而ThreadLocal採用了“以空間換時間”的方式。前者僅提供一份變數，讓不同的執行緒排隊訪問，而後者為每一個執行緒都提供了一份變數，因此可以同時訪問而互不影響。
 
二、API說明
 
ThreadLocal()
          建立一個執行緒本地變數。
 
T get()
          返回此執行緒區域性變數的當前執行緒副本中的值，如果這是執行緒第一次呼叫該方法，則建立並初始化此副本。
 
protected  T initialValue()
          返回此執行緒區域性變數的當前執行緒的初始值。最多在每次訪問執行緒來獲得每個執行緒區域性變數時呼叫此方法一次，即執行緒第一次使用 get() 方法訪問變數的時候。如果執行緒先於 get 方法呼叫 set(T) 方法，則不會線上程中再呼叫 initialValue 方法。
 
   若該實現只返回 null；如果程式設計師希望將執行緒區域性變數初始化為 null 以外的某個值，則必須為 ThreadLocal 建立子類，並重寫此方法。通常，將使用匿名內部類。initialValue 的典型實現將呼叫一個適當的構造方法，並返回新構造的物件。
 
void remove()
          移除此執行緒區域性變數的值。這可能有助於減少執行緒區域性變數的儲存需求。如果再次訪問此執行緒區域性變數，那麼在預設情況下它將擁有其 initialValue。
 
void set(T value)
          將此執行緒區域性變數的當前執行緒副本中的值設定為指定值。許多應用程式不需要這項功能，它們只依賴於 initialValue() 方法來設定執行緒區域性變數的值。
 
在程式中一般都重寫initialValue方法，以給定一個特定的初始值。
 
 
三、典型例項
 
1、Hiberante的Session 工具類HibernateUtil
這個類是Hibernate官方文件中HibernateUtil類，用於session管理。
 
public class HibernateUtil {
    private static Log log = LogFactory.getLog(HibernateUtil.class);
    private static final SessionFactory sessionFactory;     //定義SessionFactory
 
    static {
        try {
            // 通過預設配置檔案hibernate.cfg.xml建立SessionFactory
            sessionFactory = new Configuration().configure().buildSessionFactory();
        } catch (Throwable ex) {
            log.error(“初始化SessionFactory失敗！”, ex);
            throw new ExceptionInInitializerError(ex);
        }
    }
    //建立執行緒區域性變數session，用來儲存Hibernate的Session
    public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal();
 
    /**
     * 獲取當前執行緒中的Session
     * @return Session
     * @throws HibernateException
     */
    public static Session currentSession() throws HibernateException {
        Session s = (Session) session.get();
        // 如果Session還沒有開啟，則新開一個Session
        if (s == null) {
            s = sessionFactory.openSession();
            session.set(s);         //將新開的Session儲存到執行緒區域性變數中
        }
        return s;
    }
 
    public static void closeSession() throws HibernateException {
        //獲取執行緒區域性變數，並強制轉換為Session型別
        Session s = (Session) session.get();
        session.set(null);
        if (s != null)
            s.close();
    }
}
 
在這個類中，由於沒有重寫ThreadLocal的initialValue()方法，則首次建立執行緒區域性變數session其初始值為null，第一次呼叫currentSession()的時候，執行緒區域性變數的get()方法也為null。因此，對session做了判斷，如果為null，則新開一個Session，並儲存到執行緒區域性變數session中，這一步非常的關鍵，這也是“public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal()”所建立物件session能強制轉換為Hibernate Session物件的原因。
 
2、另外一個例項
建立一個Bean，通過不同的執行緒物件設定Bean屬性，保證各個執行緒Bean物件的獨立性。
 
/**
 * Created by IntelliJ IDEA.
 * User: leizhimin
 * Date: 2007-11-23
 * Time: 10:45:02
 * 學生
 */
public class Student {
    private int age = 0;   //年齡
 
    public int getAge() {
        return this.age;
    }
 
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}
 
/**
 * Created by IntelliJ IDEA.
 * User: leizhimin
 * Date: 2007-11-23
 * Time: 10:53:33
 * 多執行緒下測試程式
 */
public class ThreadLocalDemo implements Runnable {
    //建立執行緒區域性變數studentLocal，在後面你會發現用來儲存Student物件
    private final static ThreadLocal studentLocal = new ThreadLocal();
 
    public static void main(String[] agrs) {
        ThreadLocalDemo td = new ThreadLocalDemo();
        Thread t1 = new Thread(td, “a”);
        Thread t2 = new Thread(td, “b”);
        t1.start();
        t2.start();
    }
 
    public void run() {
        accessStudent();
    }
 
    /**
     * 示例業務方法，用來測試
     */
    public void accessStudent() {
        //獲取當前執行緒的名字
        String currentThreadName = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println(currentThreadName + ” is running!”);
        //產生一個隨機數並列印
        Random random = new Random();
        int age = random.nextInt(100);
        System.out.println(“thread ” + currentThreadName + ” set age to:” + age);
        //獲取一個Student物件，並將隨機數年齡插入到物件屬性中
        Student student = getStudent();
        student.setAge(age);
        System.out.println(“thread ” + currentThreadName + ” first read age is:” + student.getAge());
        try {
            Thread.sleep(500);
        }
        catch (InterruptedException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
        System.out.println(“thread ” + currentThreadName + ” second read age is:” + student.getAge());
    }
 
    protected Student getStudent() {
        //獲取本地執行緒變數並強制轉換為Student型別
        Student student = (Student) studentLocal.get();
        //執行緒首次執行此方法的時候，studentLocal.get()肯定為null
        if (student == null) {
            //建立一個Student物件，並儲存到本地執行緒變數studentLocal中
            student = new Student();
            studentLocal.set(student);
        }
        return student;
    }
}
 
執行結果：
a is running!
thread a set age to:76
b is running!
thread b set age to:27
thread a first read age is:76
thread b first read age is:27
thread a second read age is:76
thread b second read age is:27
 
可以看到a、b兩個執行緒age在不同時刻列印的值是完全相同的。這個程式通過妙用ThreadLocal，既實現多執行緒併發，遊兼顧資料的安全性。
 
四、總結
 
ThreadLocal使用場合主要解決多執行緒中資料資料因併發產生不一致問題。ThreadLocal為每個執行緒的中併發訪問的資料提供一個副本，通過訪問副本來執行業務，這樣的結果是耗費了記憶體，單大大減少了執行緒同步所帶來效能消耗，也減少了執行緒併發控制的複雜度。
 
ThreadLocal不能使用原子型別，只能使用Object型別。ThreadLocal的使用比synchronized要簡單得多。
 
ThreadLocal和Synchonized都用於解決多執行緒併發訪問。但是ThreadLocal與synchronized有本質的區別。synchronized是利用鎖的機制，使變數或程式碼塊在某一時該只能被一個執行緒訪問。而ThreadLocal為每一個執行緒都提供了變數的副本，使得每個執行緒在某一時間訪問到的並不是同一個物件，這樣就隔離了多個執行緒對資料的資料共享。而Synchronized卻正好相反，它用於在多個執行緒間通訊時能夠獲得資料共享。
 
Synchronized用於執行緒間的資料共享，而ThreadLocal則用於執行緒間的資料隔離。
 
當然ThreadLocal並不能替代synchronized,它們處理不同的問題域。Synchronized用於實現同步機制，比ThreadLocal更加複雜。
 
 
五、ThreadLocal使用的一般步驟
 
1、在多執行緒的類（如ThreadDemo類）中，建立一個ThreadLocal物件threadXxx，用來儲存執行緒間需要隔離處理的物件xxx。
2、在ThreadDemo類中，建立一個獲取要隔離訪問的資料的方法getXxx()，在方法中判斷，若ThreadLocal物件為null時候，應該new()一個隔離訪問型別的物件，並強制轉換為要應用的型別。
3、在ThreadDemo類的run()方法中，通過getXxx()方法獲取要操作的資料，這樣可以保證每個執行緒對應一個資料物件，在任何時刻都操作的是這個物件。
 
 
參考文件：
JDK 官方文件