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Java多线程ThreadLocal类

 
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一、ThreadLocal概述

JDK API 写道:

     该类在java.lang包里,提供了线程局部 (thread-local) 变量。这些变量不同于它们的普通对应物,因为访问某个变量(通过其 get 或 set 方法)的每个线程都有自己的局部变量,它独立于变量的初始化副本。ThreadLocal 实例通常是类中的 private static 字段,它们希望将状态与某一个线程(例如,用户 ID 或事务 ID)相关联。

API表达了下面几种观点:

1、ThreadLocal不是线程,是线程的一个变量,你可以先简单理解为线程类的属性变量。

2、ThreadLocal 在类中通常定义为静态类变量。

3、每个线程有自己的一个ThreadLocal,它是变量的一个‘拷贝’,修改它不影响其他线程。

 

     既然定义为类变量,为何为每个线程维护一个副本(姑且成为‘拷贝’容易理解),让每个线程独立访问?多线程编程的经验告诉我们,对于线程共享资源 (你可以理解为属性),资源是否被所有线程共享,也就是说这个资源被一个线程修改是否影响另一个线程的运行,如果影响我们需要使用 synchronized同步,让线程顺序访问。

 

   ThreadLocal适用于资源共享但不需要维护状态的情况,也就是一个线程对资源的修改,不影响另一个线程的运行;这种设计是‘空间换时间’ ,synchronized顺序执行是‘时间换取空间’

 

二、ThreadLocal方法介绍

T get() 返回此线程局部变量的当前线程副本中的值。
protected  T initialValue() 返回此线程局部变量的当前线程的“初始值”。
void remove() 移除此线程局部变量当前线程的值。
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。

 

    每个线程调用全局ThreadLocal对象的set方法,就相当于往其内部的map中增加一条记录,key分别是各自的线程,value是各自的set方法传进去的值。在线程结束时可以调用ThreadLocal.clear()方法,这样会更快释放内存,不调用也可以,因为线程结束后也可以自动释放相关的ThreadLocal变量。

 

    ThreadLocal有一个ThreadLocalMap静态内部类,你可以简单理解为一个MAP,这个‘Map’为每个线程复制一个变量的‘拷贝’存储其中。

    当线程调用ThreadLocal.get()方法获取变量时,首先获取当前线程引用,以此为key去获取响应的ThreadLocalMap,如果此‘Map’不存在则初始化一个,否则返回其中的变量,代码如下:

    public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null)
                return (T)e.value;
        }
        return setInitialValue();
    }

  调用get方法如果此Map不存在首先初始化,创建此map,将线程为key,初始化的vlaue存入其中,注意此处的initialValue,我们可以覆盖此方法,在首次调用时初始化一个适当的值。setInitialValue代码如下:

    private T setInitialValue() {
        T value = initialValue();
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
        return value;
    }

 

    set方法相对比较简单如果理解以上俩个方法,获取当前线程的引用,从map中获取该线程对应的map,如果map存在更新缓存值,否则创建并存储,代码如下:

    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

     对于ThreadLocal在何处存储变量副本,我们看getMap方法:获取的是当前线程的ThreadLocal类型的threadLocals属性。显然变量副本存储在每一个线程中。

    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }
 

三、ThreadLocal示例代码

     一个SimpleDateFormat带来的严重的性能问题,该问题主要有SimpleDateFormat引发,创建一SimpleDateFormat实例的开销比较昂贵,解析字符串时间时频繁创建生命周期短暂的实例导致性能低下。即使将 SimpleDateFormat定义为静态类变量,貌似能解决这个问题,但是SimpleDateFormat是非线程安全的,同样存在问题,如果用 ‘synchronized’线程同步同样面临问题,同步导致性能下降(线程之间序列化的获取SimpleDateFormat实例)。

     用Threadlocal解决此问题,对于每个线程SimpleDateFormat不存在影响他们之间协作的状态,为每个线程创建一个SimpleDateFormat变量的拷贝或者叫做副本,代码如下:

import java.text.DateFormat;
import java.text.ParseException;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
/**
 * 使用ThreadLocal以空间换时间解决SimpleDateFormat线程安全问题。
 * @author 
 *
 */
public class DateUtil {
	
	private static final String DATE_FORMAT = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss";
	
	@SuppressWarnings("rawtypes")
	private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>() {
		protected synchronized Object initialValue() {
			return new SimpleDateFormat(DATE_FORMAT);
		}
	};

	public static DateFormat getDateFormat() {
		return threadLocal.get();
	}

	public static Date parse(String textDate) throws ParseException {
		return getDateFormat().parse(textDate);
	}
}
 

     创建一个ThreadLocal类变量,这里创建时用了一个匿名类,覆盖了initialValue方法,主要作用是创建时初始化实例。也可以采用下面方式创建:

private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>();
//获取线程的变量副本,如果不覆盖initialValue,第一次get返回null,故需要初始化一个SimpleDateFormat,并set到threadLocal中
public static DateFormat getDateFormat() {
	DateFormat df = threadLocal.get();
	if(df==null){
		df = new SimpleDateFormat(DATE_FORMAT)
		threadLocal.set(df);
	}
	return df;
}
 

 

 

 

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