ThreadLocal详解

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        Java中的ThreadLocal类早在JDK1.2中就有了，ThreadLocal为解决多线程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很容易让人望文生义，想当然地认为是这是一个"本地线程"。其实ThreadLocal并不是一个Thread，而是Thread的局部变量，也许把它命名为ThreadLocalVariable更容易理解些。

 

        ThreadLocal类的方法很简单，只有四个方法：

        1.void set(Object value);

 

        2.public void remove()

               将当前线程的局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，该方法是JDK1.5新增的方法。需要指出的是，当前线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以显示调用该方法消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。

 

        3.protected Object initialValue()

                返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected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的方法，在线程第1次调用get()或者set(Object)才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中缺省实现直接返回一个null。

 

        4.public Object get()

 

        在JDK5.0中，ThreadLocal已经支持泛型，该类的类名已经变为ThreadLocal。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类中定义了一个ThreadLocalMap，每一个Thread中都有一个该类型的变量——threadLocals——用于存储每一个线程的变量副本，Map中的元素的键为线程对象。而值对应线程的变量副本。

 

        ThreadLocal的原理

        在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储每一个线程的变量的副本。比如下面的示例实现：

        

public class ThreadLocal

private Map values = Collections.synchronizedMap(new HashMap());

public Object get(){
        Thread curThread = Thread.currentThread();
        Object o = values.get(curThread);
        if(o==null&&!values.containsKey(curThread)){
                 o = initialValue();
                 values.put(curThread,o);
        }
        values.put(Thread.currentThread()，newValue);
        return o;
}

public Object initialValue(){
         return null;
}

.....

}

 

 

     实例

     下面，通过一个具体的实例来看下ThreadLocal的具体使用方法。

      

class SequenceNumber {

    // 通过匿名内部类覆盖ThreadLocalde的initialValue()方法，指定初始值
    private static ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal() {

        @Override
        public Integer initialValue() {
            return 0;
        }
    };

    // 获取下一个序列值
    public int getNextNum() {
        threadLocal.set(threadLocal.get() + 1);
        return threadLocal.get();
    }
}

class CreateSNTask implements Runnable {

    private SequenceNumber sn;

    public CreateSNTask(SequenceNumber sn) {
        this.sn = sn;
    }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println("Thread[" + Thread.currentThread().getName() + "]sn["
                    + sn.getNextNum() + "]");
        }
    }

}

public class ThreadLocalTest {

    public static void main(String[] args) {
        SequenceNumber sn = new SequenceNumber();
        // 3个线程共享sn，各自产生序列号
        CreateSNTask t1 = new CreateSNTask(sn);
        CreateSNTask t2 = new CreateSNTask(sn);
        CreateSNTask t3 = new CreateSNTask(sn);
        new Thread(t1).start();
        new Thread(t2).start();
        new Thread(t3).start();
    }

}

         输出结果如下：

 

        

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

     通过输出结果，我们发现每个线程所产生的序号虽然都共享同一个SequenceNumber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。

 

 

       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慎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。

        而ThreadLocal则从另一个角度来解决多线程的并发问题。在编写多线程代码时，可以把不安全的变量封装进ThreadLocal里。当然，这样做的前提是，本身的业务逻辑就是这样的：变量对不同的线程是不共享的，本身就是独立的。

       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JDK5.0通过泛型很好的解决了这个问题。在一定程度上简化了ThreadLocal的使用，上面的例子就是使用了JDK5.0新的ThreadLocal版本。

       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。

       

       Android中的Handler机制中的Looper类就使用了ThreadLocal。使用ThreadLocal保存各个Handler所在线程使用到的Looper对象。代码如下：

       

 public final class Looper {
    private static final String TAG = "Looper";

    // sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
    static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal();
    private static Looper sMainLooper;  // guarded by Looper.class

    final MessageQueue mQueue;
    final Thread mThread;

    private Printer mLogging;

     /** Initialize the current thread as a looper.
      * This gives you a chance to create handlers that then reference
      * this looper, before actually starting the loop. Be sure to call
      * {@link #loop()} after calling this method, and end it by calling
      * {@link #quit()}.
      */
    public static void prepare() {
        prepare(true);
    }

    private static void prepare(boolean quitAllowed) {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
    }


    ......
    
        /**
     * Return the Looper object associated with the current thread.  Returns
     * null if the calling thread is not associated with a Looper.
     */
    public static Looper myLooper() {
        return sThreadLocal.get();
    }

    ......