ThreadLocal

ThreadLocal,线程局部变量
在并发编程的时候,成员变量如果不做任何处理其实是线程不安全的,各个线程都在操作同一个变量,显然是不行的,
并且我们也知道volatile这个关键字也是不能保证线程安全的。那么在有一种情况之下,我们需要满足这样一个条件
:变量是同一个,但是每个线程都使用同一个初始值,也就是使用同一个变量的一个新的副本。这种情况之下
ThreadLocal就非常使用,比如说DAO的数据库连接,我们知道DAO是单例的,那么他的属性Connection就不是一个
线程安全的变量。而我们每个线程都需要使用他,并且各自使用各自的。这种情况,ThreadLocal就比较好的解决了这个问题

在 JDK 1.2 的时代,java.lang.ThreadLocal 就诞生了,它是为了解决多线程并发问题而设计的

例子

一个序列号生成器的程序,可能同时会有多个线程并发访问它,要保证每个线程得到的序列号都是自增的,而不能相互干扰。

接口
每次调用 getNumber() 方法可获取一个序列号,下次再调用时,序列号会自增

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public interface Sequence {
int getNumber();
}

线程类
在线程中连续输出三次线程名与其对应的序列号

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public class ClientThread extends Thread {

private Sequence sequence;

public ClientThread(Sequence sequence) {
this.sequence = sequence;
}

@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " => " + sequence.getNumber());
}
}
}

普通实现类
序列号初始值是0,在 main() 方法中模拟了三个线程

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public class SequencesA implements Sequence {
private static int number = 0;

@Override
public int getNumber() {
number = number + 1;
return number;
}

public static void main(String[] args) {
Sequence sequence = new SequencesA();

ClientThread thread1 = new ClientThread(sequence);
ClientThread thread2 = new ClientThread(sequence);
ClientThread thread3 = new ClientThread(sequence);

thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
}
}
//运行结果
Thread-0 => 1
Thread-2 => 3
Thread-2 => 5
Thread-1 => 2
Thread-1 => 7
Thread-1 => 8
Thread-2 => 6
Thread-0 => 4
Thread-0 => 9

由于线程启动顺序是随机的,所以并不是0、1、2这样的顺序,这个好理解。为什么当 Thread-0 输出了1之后,
而 Thread-2 却输出了3,5呢?线程之间竟然共享了 static 变量!这就是所谓的“非线程安全”问题了。

那么如何来保证“线程安全”呢?对应于这个案例,就是说不同的线程可拥有自己的 static 变量,如何实现呢?

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public class SequencesB implements Sequence {

private static ThreadLocal<Integer> numberContainer = new ThreadLocal<Integer>() {
@Override
protected Integer initialValue() {
return 0;
}
};

public int getNumber() {
numberContainer.set(numberContainer.get() + 1);
return numberContainer.get();
}

public static void main(String[] args) {
Sequence sequence = new SequencesB();

ClientThread thread1 = new ClientThread(sequence);
ClientThread thread2 = new ClientThread(sequence);
ClientThread thread3 = new ClientThread(sequence);

thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
}
}
//运行输出
Thread-1 => 1
Thread-0 => 1
Thread-2 => 1
Thread-0 => 2
Thread-1 => 2
Thread-0 => 3
Thread-2 => 2
Thread-2 => 3
Thread-1 => 3

通过 ThreadLocal 封装了一个 Integer 类型的 numberContainer 静态成员变量,并且初始值是0。
再看 getNumber() 方法,首先从 numberContainer 中 get 出当前的值,加1,随后 set 到
numberContainer 中,最后将 numberContainer 中 get 出当前的值并返回

每个线程相互独立了,同样是 static 变量,对于不同的线程而言,它没有被共享,而是每个线程各一份,
这样也就保证了线程安全。 也就是说,TheadLocal 为每一个线程提供了一个独立的副本!

ThreadLocal API

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public void set(T value):将值放入线程局部变量中
public T get():从线程局部变量中获取值
public void remove():从线程局部变量中移除值(有助于 JVM 垃圾回收)since 1.5
protected T initialValue():返回线程局部变量中的初始值(默认为 null)
public static <S> ThreadLocal<S> withInitial(Supplier<? extends S> supplier) since 1.8

为什么 initialValue() 方法是 protected 的呢?就是为了这个方法是要你们来实现的,请给这个线程局部变量一个初始值吧。

自己实现ThreadLocal
ThreadLocal 里面不就是封装了一个 Map

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public class MyThreadLocal<T> {

private Map<Thread, T> container = Collections.synchronizedMap(new HashMap<Thread, T>());

public void set(T value) {
container.put(Thread.currentThread(), value);
}

public T get() {
Thread thread = Thread.currentThread();
T value = container.get(thread);
if (value == null && !container.containsKey(thread)) {
value = initialValue();
container.put(thread, value);
}
return value;
}

public void remove() {
container.remove(Thread.currentThread());
}

protected T initialValue() {
return null;
}
}

当您在一个类中使用了 static 成员变量的时候,一定要多问问自己,这个 static 成员变量需要考虑“线程安全”吗?
(也就是说,多个线程需要独享自己的 static 成员变量吗?)如果需要考虑,那就请用 ThreadLocal 吧!

ThreadLocalMap的实现,没有用标准的Map,而是自己实现了一个HashMap(经典hash实现)。这个Map里的Entry类,
采用了弱引用的方式(而不是强引用),这样的好处,就是如果有对象不再使用的时候,就会被系统回收,而不是被这个Map
继续持有引用,而造成系统不可回收,进而使得内存泄露