简单分析Java线程编程中ThreadLocal类的使用

一、概述
 
threadlocal是什么呢？其实threadlocal并非是一个线程的本地实现版本，它并不是一个thread，而是threadlocalvariable(线程局部变量)。也许把它命名为threadlocalvar更加合适。线程局部变量(threadlocal)其实的功用非常简单，就是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本，是java中一种较为特殊的线程绑定机制，是每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会和其它线程的副本冲突。
 
从线程的角度看，每个线程都保持一个对其线程局部变量副本的隐式引用，只要线程是活动的并且 threadlocal 实例是可访问的；在线程消失之后，其线程局部实例的所有副本都会被垃圾回收（除非存在对这些副本的其他引用）。
 
通过threadlocal存取的数据，总是与当前线程相关，也就是说，jvm 为每个运行的线程，绑定了私有的本地实例存取空间，从而为多线程环境常出现的并发访问问题提供了一种隔离机制。
 
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的副本。
 
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。
 
二、api说明
 
threadlocal()
          创建一个线程本地变量。
 
t get()
          返回此线程局部变量的当前线程副本中的值，如果这是线程第一次调用该方法，则创建并初始化此副本。
 
protected  t initialvalue()
          返回此线程局部变量的当前线程的初始值。最多在每次访问线程来获得每个线程局部变量时调用此方法一次，即线程第一次使用 get() 方法访问变量的时候。如果线程先于 get 方法调用 set(t) 方法，则不会在线程中再调用 initialvalue 方法。
 
   若该实现只返回 null；如果程序员希望将线程局部变量初始化为 null 以外的某个值，则必须为 threadlocal 创建子类，并重写此方法。通常，将使用匿名内部类。initialvalue 的典型实现将调用一个适当的构造方法，并返回新构造的对象。
 
void remove()
          移除此线程局部变量的值。这可能有助于减少线程局部变量的存储需求。如果再次访问此线程局部变量，那么在默认情况下它将拥有其 initialvalue。
 
void set(t value)
          将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为指定值。许多应用程序不需要这项功能，它们只依赖于 initialvalue() 方法来设置线程局部变量的值。
 
在程序中一般都重写initialvalue方法，以给定一个特定的初始值。

三、一.对threadlocal的理解

　　threadlocal，很多地方叫做线程本地变量，也有些地方叫做线程本地存储，其实意思差不多。可能很多朋友都知道threadlocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。

　　这句话从字面上看起来很容易理解，但是真正理解并不是那么容易。

　　我们还是先来看一个例子：

class connectionmanager {
   
  private static connection connect = null;
   
  public static connection openconnection() {
    if(connect == null){
      connect = drivermanager.getconnection();
    }
    return connect;
  }
   
  public static void closeconnection() {
    if(connect!=null)
      connect.close();
  }
}

 　　假设有这样一个数据库链接管理类，这段代码在单线程中使用是没有任何问题的，但是如果在多线程中使用呢？很显然，在多线程中使用会存在线程安全问题：第一，这里面的2个方法都没有进行同步，很可能在openconnection方法中会多次创建connect；第二，由于connect是共享变量，那么必然在调用connect的地方需要使用到同步来保障线程安全，因为很可能一个线程在使用connect进行数据库操作，而另外一个线程调用closeconnection关闭链接。

　　所以出于线程安全的考虑，必须将这段代码的两个方法进行同步处理，并且在调用connect的地方需要进行同步处理。

　　这样将会大大影响程序执行效率，因为一个线程在使用connect进行数据库操作的时候，其他线程只有等待。

　　那么大家来仔细分析一下这个问题，这地方到底需不需要将connect变量进行共享？事实上，是不需要的。假如每个线程中都有一个connect变量，各个线程之间对connect变量的访问实际上是没有依赖关系的，即一个线程不需要关心其他线程是否对这个connect进行了修改的。

　　到这里，可能会有朋友想到，既然不需要在线程之间共享这个变量，可以直接这样处理，在每个需要使用数据库连接的方法中具体使用时才创建数据库链接，然后在方法调用完毕再释放这个连接。比如下面这样：

class connectionmanager {
   
  private connection connect = null;
   
  public connection openconnection() {
    if(connect == null){
      connect = drivermanager.getconnection();
    }
    return connect;
  }
   
  public void closeconnection() {
    if(connect!=null)
      connect.close();
  }
}
 
 
class dao{
  public void insert() {
    connectionmanager connectionmanager = new connectionmanager();
    connection connection = connectionmanager.openconnection();
     
    //使用connection进行操作
     
    connectionmanager.closeconnection();
  }
}

 　　这样处理确实也没有任何问题，由于每次都是在方法内部创建的连接，那么线程之间自然不存在线程安全问题。但是这样会有一个致命的影响：导致服务器压力非常大，并且严重影响程序执行性能。由于在方法中需要频繁地开启和关闭数据库连接，这样不尽严重影响程序执行效率，还可能导致服务器压力巨大。

　　那么这种情况下使用threadlocal是再适合不过的了，因为threadlocal在每个线程中对该变量会创建一个副本，即每个线程内部都会有一个该变量，且在线程内部任何地方都可以使用，线程之间互不影响，这样一来就不存在线程安全问题，也不会严重影响程序执行性能。

　　但是要注意，虽然threadlocal能够解决上面说的问题，但是由于在每个线程中都创建了副本，所以要考虑它对资源的消耗，比如内存的占用会比不使用threadlocal要大。

四、实例

创建一个bean，通过不同的线程对象设置bean属性，保证各个线程bean对象的独立性。
 

/**
 * created by intellij idea.
 * user: leizhimin
 * date: 2007-11-23
 * time: 10:45:02
 * 学生
 */
public class student {
  private int age = 0;  //年龄
 
  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
 * 多线程下测试程序
 */
public class threadlocaldemo implements runnable {
  //创建线程局部变量studentlocal，在后面你会发现用来保存student对象
  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();
  }
 
  /**
   * 示例业务方法，用来测试
   */
  public void accessstudent() {
    //获取当前线程的名字
    string currentthreadname = thread.currentthread().getname();
    system.out.println(currentthreadname + " is running!");
    //产生一个随机数并打印
    random random = new random();
    int age = random.nextint(100);
    system.out.println("thread " + currentthreadname + " set age to:" + age);
    //获取一个student对象，并将随机数年龄插入到对象属性中
    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() {
    //获取本地线程变量并强制转换为student类型
    student student = (student) studentlocal.get();
    //线程首次执行此方法的时候，studentlocal.get()肯定为null
    if (student == null) {
      //创建一个student对象，并保存到本地线程变量studentlocal中
      student = new student();
      studentlocal.set(student);
    }
    return student;
  }
}

 
运行结果：

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两个线程age在不同时刻打印的值是完全相同的。这个程序通过妙用threadlocal，既实现多线程并发，游兼顾数据的安全性。

五、threadlocal使用的一般步骤
 
1、在多线程的类（如threaddemo类）中，创建一个threadlocal对象threadxxx，用来保存线程间需要隔离处理的对象xxx。
2、在threaddemo类中，创建一个获取要隔离访问的数据的方法getxxx()，在方法中判断，若threadlocal对象为null时候，应该new()一个隔离访问类型的对象，并强制转换为要应用的类型。
3、在threaddemo类的run()方法中，通过getxxx()方法获取要操作的数据，这样可以保证每个线程对应一个数据对象，在任何时刻都操作的是这个对象。