Java ThreadLocal解决线程安全问题

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。
ThreadLocal，顾名思义，它不是一个线程，而是线程的一个本地化对象。当工作于多线程中的对象使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程分配一个独立的变量副本。所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其他线程所对应的副本。从线程的角度看，这个变量就像是线程的本地变量，这也是类名中“Local”所要表达的意思。

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中的默认实现直接返回一个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。

TheadLocal实例

public class SequenceNumber {
//	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;
		}
	};
	
	public int getNextNum() {
		seqNum.set(seqNum.get()+1);
		return seqNum.get();
	}
	
	public static void main(String [] args) {
		SequenceNumber sn = new SequenceNumber();
		
//		③ 3个线程共享sn，各自产生序列号  
		TestClient tc1 = new TestClient(sn);
		TestClient tc2 = new TestClient(sn);
		TestClient tc3 = new TestClient(sn);
		
		tc1.start();
		tc2.start();
		tc3.start();
		
	}

}

public class TestClient extends Thread {
	
	private SequenceNumber sn;
	
	public TestClient(SequenceNumber sn) {
		this.sn = sn;
	}
	
	public void run() {
//		④每个线程打出3个序列值  
		for(int i = 0; i<3; i++) {
			System.out.println("thread[" + Thread.currentThread().getName() + "] sn[" + sn.getNextNum() +"]");
		}
	}
}

运行结果

thread[Thread-1] sn[1]
thread[Thread-0] sn[1]
thread[Thread-2] sn[1]
thread[Thread-1] sn[2]
thread[Thread-0] sn[2]
thread[Thread-2] sn[2]
thread[Thread-1] sn[3]
thread[Thread-0] sn[3]
thread[Thread-2] sn[3]

考查输出的结果信息，我们发现每个线程所产生的序号虽然都共享同一个Sequence Number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序列号，这是因为我们通过ThreadLocal为每一个线程提供了单独的副本。

与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缜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访问数据的冲突。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提供了线程安全的对象封装，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，在一定程度上简化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
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：访问串行化，对象共享化。而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式：访问并行化，对象独享化。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。

本文参考：http://www.iteye.com/topic/1123824