彻底理解Java中的ThreadLocal

　ThreadLocal翻译成中文比较准确的叫法应该是：线程局部变量。

 ThreadLocal是什么

　　早在JDK 1.2的版本中就提供Java.lang.ThreadLocal，ThreadLocal为解决多线程程序的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。

　　当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。

　　从线程的角度看，目标变量就象是线程的本地变量，这也是类名中“Local”所要表达的意思。

　　所以，在Java中编写线程局部变量的代码相对来说要笨拙一些，因此造成线程局部变量没有在Java开发者中得到很好的普及。

ThreadLocal的接口方法

1. ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法，我们先来了解一下：
2. void set(Object value)设置当前线程的线程局部变量的值。
3. public Object get()该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。
4. public void remove()将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，该方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以显式调用该方法清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。
5. protected Object initialValue()返回该线程局部变量的初始值，该方法是一个protected的方法，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方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。

　　值得一提的是，在JDK5.0中，ThreadLocal已经支持泛型，该类的类名已经变为ThreadLocal<T>。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类中有一个Map，用于存储每一个线程的变量副本，Map中元素的键为线程对象，而值对应线程的变量副本。我们自己就可以提供一个简单的实现版本：

package com.test; 
public class TestNum { 
 // 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) { 
  TestNum sn = new TestNum(); 
  // 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 TestNum sn; 
  public TestClient(TestNum sn) { 
   this.sn = sn; 
  } 
  public void run() { 
   for (int i = 0; i < 3; i++) { 
    // ④每个线程打出3个序列值 
    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，如例子中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TestNum实例。运行以上代码，在控制台上输出以下的结果：

thread[Thread-0] --> sn[1]
thread[Thread-1] --> sn[1]
thread[Thread-2] --> sn[1]
thread[Thread-1] --> sn[2]
thread[Thread-0] --> sn[2]
thread[Thread-1] --> sn[3]
thread[Thread-2] --> sn[2]
thread[Thread-0] --> sn[3]
thread[Thread-2] --> sn[3]

考察输出的结果信息，我们发现每个线程所产生的序号虽然都共享同一个TestNum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。

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，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会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数据的访问冲突。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提供了线程安全的共享对象，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，在一定程度地简化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，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。

　　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）中非线程安全状态采用ThreadLocal进行处理，让它们也成为线程安全的状态，因为有状态的Bean就可以在多线程中共享了。

　　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：

通通透透理解ThreadLocal

　　同一线程贯通三层这样你就可以根据需要，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，所有关联的对象引用到的都是同一个变量。

　　下面的实例能够体现Spring对有状态Bean的改造思路：

代码清单3 TestDao：非线程安全

package com.test; 
import java.sql.Connection; 
import java.sql.SQLException; 
import java.sql.Statement; 
public class TestDao { 
 private Connection conn;// ①一个非线程安全的变量 
 public void addTopic() throws SQLException { 
  Statement stat = conn.createStatement();// ②引用非线程安全变量 
  // … 
 } 
} 

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4 TestDao：线程安全

package com.test; 
import java.sql.Connection; 
import java.sql.SQLException; 
import java.sql.Statement; 
public class TestDaoNew { 
 // 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 = getConnection(); 
   connThreadLocal.set(conn); 
   return conn; 
  } else { 
   return connThreadLocal.get();// ③直接返回线程本地变量 
  } 
 } 
 public void addTopic() throws SQLException { 
  // ④从ThreadLocal中获取线程对应的Connection 
  Statement stat = getConnection().createStatement(); 
 } 
} 

　　不同的线程在使用TopicDao时，先判断connThreadLocal.get()是否是null，如果是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