深入研究java.lang.ThreadLocal类
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、典型实例
1、Hiberante的Session 工具类HibernateUtil
这个类是Hibernate官方文档中HibernateUtil类，用于session管理。
public class HibernateUtil {
private static Log log = LogFactory.getLog(HibernateUtil.class);
private static final SessionFactory sessionFactory; //定义SessionFactory
static {
try {
// 通过默认配置文件hibernate.cfg.xml创建SessionFactory
sessionFactory = new Configuration().configure().buildSessionFactory();
} catch (Throwable ex) {
log.error("初始化SessionFactory失败！", ex);
throw new ExceptionInInitializerError(ex);
}
}
//创建线程局部变量session，用来保存Hibernate的Session
public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal();
/**
* 获取当前线程中的Session
* @return Session
* @throws HibernateException
*/
public static Session currentSession() throws HibernateException {
Session s = (Session) session.get();
// 如果Session还没有打开，则新开一个Session
if (s == null) {
s = sessionFactory.openSession();
session.set(s); //将新开的Session保存到线程局部变量中
}
return s;
}
public static void closeSession() throws HibernateException {
//获取线程局部变量，并强制转换为Session类型
Session s = (Session) session.get();
session.set(null);
if (s != null)
s.close();
}
}
在这个类中，由于没有重写ThreadLocal的initialValue()方法，则首次创建线程局部变量session其初始值为null，第一次调用currentSession()的时候，线程局部变量的get()方法也为null。因此，对session做了判断，如果为null，则新开一个Session，并保存到线程局部变量session中，这一步非常的关键，这也是“public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal()”所创建对象session能强制转换为Hibernate Session对象的原因。
2、另外一个实例
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。
public class Student {
private int age = 0; //年龄
public int getAge() {
return this.age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
}
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。
四、总结
ThreadLocal使用场合主要解决多线程中数据数据因并发产生不一致问题。ThreadLocal为每个线程的中并发访问的数据提供一个副本，通过访问副本来运行业务，这样的结果是耗费了内存，单大大减少了线程同步所带来性能消耗，也减少了线程并发控制的复杂度。
ThreadLocal不能使用原子类型，只能使用Object类型。ThreadLocal的使用比synchronized要简单得多。
ThreadLocal和Synchonized都用于解决多线程并发访问。但是ThreadLocal与synchronized有本质的区别。synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。而Synchronized却正好相反，它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。
Synchronized用于线程间的数据共享，而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。
当然ThreadLocal并不能替代synchronized,它们处理不同的问题域。Synchronized用于实现同步机制，比ThreadLocal更加复杂。
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。
