ThreadLocal 线程内的数据共享（线程间隔离）

package multithreading;

import java.util.Random;

//ThreadLocal<Integer>内部是用Map<Thread,Integer>实现的，线程之间独立数据
//localData单个变量
//ThreadScopeData  多个变量的集合
public class ThreadLocalTest {
	
	static ThreadLocal<Integer> localData=new ThreadLocal<Integer>();
	
	static class A{
		public static void getData(){
			System.out.println("Class A在"+Thread.currentThread().getName()+"取得localData："+localData.get());
			
			//获得当前线程的数据
			ThreadScopeData data=ThreadScopeData.getInstance();
			System.out.println("Class A在"+Thread.currentThread().getName()+"取得ThreadScopeData："+
					data.name+data.age);
		}
	}
	
	static class B{
		public static void getData(){
			System.out.println("Class B在"+Thread.currentThread().getName()+"取得localData："+localData.get());
			//获得当前线程的数据
			ThreadScopeData data=ThreadScopeData.getInstance();
			System.out.println("Class B在"+Thread.currentThread().getName()+"取得ThreadScopeData："+
					data.name+data.age);
		}
	}

	public static void main(String[] args) {

		for(int i=1;i<=2;i++){//启动2个线程
			new Thread(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {//产生并保存数据
					int intData=new Random().nextInt(100);
					
					//====================1个变量===========================
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"产生数据"+intData+"。保存在localData");
					localData.set(intData);
					//====================多个变量===========================
					System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"产生数据保存在ThreadScopeData");
					ThreadScopeData data=ThreadScopeData.getInstance();
					data.age=intData;
					data.name="name"+String.valueOf(intData);
					
					//============线程模块去数据==================
					 A.getData();
					 B.getData();
				}
			}).start();
		}
	}

}


class ThreadScopeData{
	
	public String name;
	public int age;
	
	//单例
	private ThreadScopeData(){}
	
	private static ThreadLocal<ThreadScopeData> map=new ThreadLocal<ThreadScopeData>();
	
	public static ThreadScopeData getInstance(){
		ThreadScopeData instance=map.get();//每个线程都有独立的数据
		if(instance==null){
			instance=new ThreadScopeData();
			map.set(instance);
		}
		return instance;
	}
}

原理

package multithreading;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Random;

public class ThreadShareData {

	/**
	 * 多个线程调用相同代码 但是线程之间独立数据
	 * Tread1 对应connection1 (conn.beginTransaction 。。。汇款，取款。。。conn.commit)
	 * Tread2 对应connection2 (conn.beginTransaction 。。。汇款，取款。。。conn.commit)
	 * 线程1不应该与线程2操作相同的connection，不然导致线程2汇完款还没取款就被线程1提交了
	 * 
	 */
	
	static Map<Thread, Integer> dataMap=new HashMap<Thread, Integer>();
	
	public static void main(String[] args) {
		for (int i = 0; i < 3; i++) {
			new Thread(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					int data=new Random().nextInt();
					dataMap.put(Thread.currentThread(), data);
					new Option1().get();
					new Option2().put();
				}
			}).start();
		}

	}

	
	static class Option1{
		void get(){
			System.out.println("Option1 Thread:"+Thread.currentThread().getName()+
					"。get Data:"+dataMap.get(Thread.currentThread()));
		}
	}
	
	static class Option2{
		void put(){
			System.out.println("Option2 Thread:"+Thread.currentThread().getName()+
					"。put Data:"+dataMap.get(Thread.currentThread()));
		}
	}
	
}

一个TheadLocal实例 

下面，我们通过一个具体的实例了解一下ThreadLocal的具体使用方法。 

代码清单9-4  SequenceNumber 

 package com.baobaotao.basic;

 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;
         }
     };

         //②获取下一个序列值
     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 t1 = new TestClient(sn);
          TestClient t2 = new TestClient(sn);
          TestClient t3 = new TestClient(sn);
          t1.start();
          t2.start();
          t3.start();
     }
     private static 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()+"]");
             }
         }
     }
 }

通常我们通过匿名内部类的方式定义ThreadLocal的子类，提供初始的变量值，如①处所示。TestClient线程产生一组序列号，在③处，我们生成3个TestClient，它们共享同一个SequenceNumber实例。运行以上代码，在控制台上输出以下的结果： 

引用

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

Spring使用ThreadLocal解决线程安全问题 

我们知道在一般情况下，只有无状态的Bean才可以在多线程环境下共享，在Spring中，绝大部分Bean都可以声明为singleton作用域。就是因为Spring对一些Bean（如RequestContextHolder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等）中非线程安全的“状态性对象”采用ThreadLocal进行封装，让它们也成为线程安全的“状态性对象”，因此有状态的Bean就能够以singleton的方式在多线程中正常工作了。 

一般的Web应用划分为展现层、服务层和持久层三个层次，在不同的层中编写对应的逻辑，下层通过接口向上层开放功能调用。在一般情况下，从接收请求到返回响应所经过的所有程序调用都同属于一个线程，如图9-2所示。 

 

这样用户就可以根据需要，将一些非线程安全的变量以ThreadLocal存放，在同一次请求响应的调用线程中，所有对象所访问的同一ThreadLocal变量都是当前线程所绑定的。 
下面的实例能够体现Spring对有状态Bean的改造思路： 

代码清单9-5  TopicDao：非线程安全 

 public class TopicDao {
    //①一个非线程安全的变量
    private Connection conn;
    public void addTopic(){
         //②引用非线程安全变量
        Statement stat = conn.createStatement();
        …
    }
 }

由于①处的conn是成员变量，因为addTopic()方法是非线程安全的，必须在使用时创建一个新TopicDao实例（非singleton）。下面使用ThreadLocal对conn这个非线程安全的“状态”进行改造： 

代码清单9-6  TopicDao：线程安全 

 import java.sql.Connection;
 import java.sql.Statement;
 public class TopicDao {

   //①使用ThreadLocal保存Connection变量
 private static ThreadLocal<Connection> connThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>();
 public static Connection getConnection(){

         //②如果connThreadLocal没有本线程对应的Connection创建一个新的Connection，
         //并将其保存到线程本地变量中。
 if (connThreadLocal.get() == null) {
             Connection conn = ConnectionManager.getConnection();
             connThreadLocal.set(conn);
               return conn;
         }else{
               //③直接返回线程本地变量
             return connThreadLocal.get();
         }
     }
     public void addTopic() {

         //④从ThreadLocal中获取线程对应的
          Statement stat = getConnection().createStatement();
     }
 }

不同的线程在使用TopicDao时，先判断connThreadLocal.get()是否为null，如果为null，则说明当前线程还没有对应的Connection对象，这时创建一个Connection对象并添加到本地线程变量中；如果不为null，则说明当前的线程已经拥有了Connection对象，直接使用就可以了。这样，就保证了不同的线程使用线程相关的Connection，而不会使用其他线程的Connection。因此，这个TopicDao就可以做到singleton共享了。 

当然，这个例子本身很粗糙，将Connection的ThreadLocal直接放在Dao只能做到本Dao的多个方法共享Connection时不发生线程安全问题，但无法和其他Dao共用同一个Connection，要做到同一事务多Dao共享同一个Connection，必须在一个共同的外部类使用ThreadLocal保存Connection。但这个实例基本上说明了Spring对有状态类线程安全化的解决思路。在本章后面的内容中，我们将详细说明Spring如何通过ThreadLocal解决事务管理的问题。