说说 Java 的线程本地化对象容器(ThreadLocal)

JDK1.2+ 就已经提供了 java.lang.ThreadLocal 啦。可能很多小伙伴还不知道它,今天就让我们来说说它吧O(∩_∩)O~

ThreadLocal 是线程的本地化对象容器 。当在多线程环境中,使用 ThreadLocal 维护对象时, ThreadLocal 会为每一个使用这个对象的线程,分配一个独立的对象副本 。每一个线程可以独立地使用自己的副本,而不会影响其他线程所对应的副本。

InheritableThreadLocal 继承于 ThreadLocal, 它会为子线程复制一份从父线程那里继承而来的本地变量。所以当必须将本地线程变量传递给所创建的子线程时,应当使用 InheritableThreadLocal。

1 ThreadLocal 定义

方法 说明
public void set(T value) 设置当前线程局部变量。
public T get() 获取当前线程局部变量。
public void remove() 删除当前线程局部变量,这些可以减少内存占用。 另外,当线程结束后,对应该线程的局部变量将会被垃圾回收。
protected T initialValue() 获取该线程局部变量的初始值,它是一个 protected 的方法,所以需要子类覆盖后才能定制 。 它是一个延迟调用方法,只有在第 1 次调用 get()set() 时才会执行,并且仅执行 1 次 。该方法默认返回 null。

在 ThreadLocal 类中定义了 ThreadLocalMap,用于存储每一个线程的变量副本, ThreadLocalMap 中的键为线程对象,值为对应线程的变量副本 。

2 ThreadLocal 示例

我们利用 ThreadLocal 的特性,来实现一个多线程序列号生成器:

public class SequenceNo {

    private static ThreadLocal<Integer> no = new ThreadLocal<Integer>() {
        @Override
        public Integer initialValue() {
            return 0;
        }
    };

    /**
     * 获取下一个序列号
     *
     * @return
     */
    public int next() {
        no.set(no.get() + 1);
        return no.get();
    }

    public static void main(String[] args) {
        SequenceNo no = new SequenceNo();
        Client c1 = new Client(no);
        Client c2 = new Client(no);
        c1.start();
        c2.start();
    }

    private static class Client extends Thread {

        private final SequenceNo no;

        public Client(SequenceNo no) {
            this.no = no;
        }

        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println("thread[" + Thread.currentThread().getName() + "] no[" + no
                        .next() + "]");
            }
        }
    }
}

输出结果:

thread[Thread-0] no[1]
thread[Thread-0] no[2]
thread[Thread-0] no[3]
thread[Thread-0] no[4]
thread[Thread-1] no[1]
thread[Thread-0] no[5]
thread[Thread-1] no[2]
thread[Thread-1] no[3]
thread[Thread-1] no[4]
thread[Thread-1] no[5]

从输出结果中,我们可以发现每个线程所产生的序列号各自产生独立的序列号,虽然它们都是共享同一个 SequenceNo 实例,这是归功于 ThreadLocal 为每一个线程提供了独立的副本变量。

3 比较 ThreadLocal 与线程同步机制

线程同步机制,是通过对象的锁来保证同一时间内只有一个线程可以访问变量 。 因为变量是多个线程共享的,所以这就要求,我们缜密地分析何时读写变量、何时锁定对象、何时释放对象锁等繁杂的问题,编程难度较大 。

ThreadLocal 为每一个线程都提供了独立的变量副本,从而避免了多线程访问冲突 。 我们在编写多线程代码时,可以把不安全的变量封装进 ThreadLocal,让它为我们维护这些在多线程环境下的变量副本。

ThreadLocal 可以持有任何类型的对象,而且支持泛型,所以使用起来很方便。

对于多线程资源共享的问题,线程同步机制采用了 “ 以时间换空间 ” 的方式:访问串行,对象共享 。 而 ThreadLocal 采用了 “ 以空间换时间 ” 的方式:访问并行,对象独享 。 线程同步机制仅保留一份变量,让不同的线程串行排队访问;而 ThreadLocal 则为每一个线程都提供了一份独立的变量副本,因此可以同时访问而互不干扰。

4 在 Spring 中的应用

通常,只有无状态的 Bean 才可以在多线程环境中共享。但在 Spring 中,绝大部分 Bean 都可以声明为 singleton 作用域(默认作用域) 。 这是因为 Spring 使用 ThreadLocal 封装了这些 Bean 中的非线程安全的 “ 状态性对象 ”,因此这些 Bean 就能够以 singleton 的作用域在多线程环境下正常运作啦O(∩_∩)O~

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