我們知道Spring通過各種DAO模板類降低了開發(fā)者使用各種數(shù)據(jù)持久技術(shù)的難度。這些模板類都是線程安全的，也就是說，多個DAO可以復(fù)用同一個模板實例而不會發(fā)生沖突。 我們使用模板類訪問底層數(shù)據(jù)，根據(jù)持久化技術(shù)的不同，模板類需要綁定數(shù)據(jù)連接或會話的資源。但這些資源本身是非線程安全的，也就是說它們不能在同一時刻被多個線程共享。
雖然模板類通過資源池獲取數(shù)據(jù)連接或會話，但資源池本身解決的是數(shù)據(jù)連接或會話的緩存問題，并非數(shù)據(jù)連接或會話的線程安全問題。
       按照傳統(tǒng)經(jīng)驗，如果某個對象是非線程安全的，在多線程環(huán)境下，對對象的訪問必須采用synchronized進行線程同步。但Spring的DAO模板類并未采用線程同步機制，因為線程同步限制了并發(fā)訪問，會帶來很大的性能損失。此外，通過代碼同步解決性能安全問題挑戰(zhàn)性很大，可能會增強好幾倍的實現(xiàn)難度。那模板類究竟仰丈何種魔法神功，可以在無需同步的情況下就化解線程安全的難題呢？答案就是ThreadLocal！

         ThreadLocal在Spring中發(fā)揮著重要的作用，在管理request作用域的Bean、事務(wù)管理、任務(wù)調(diào)度、AOP等模塊都出現(xiàn)了它們的身影，起著舉足輕重的作用。要想了解Spring事務(wù)管理的底層技術(shù)，ThreadLocal是必須攻克的山頭堡壘。
ThreadLocal是什么
早在JDK1.2的版本中就提供java.lang.ThreadLocal，ThreadLocal為解決多線程程序的并發(fā)問題提供了一種新的思路。使用這個工具類可以很簡潔地編寫出優(yōu)美的多線程程序。
ThreadLocal很容易讓人望文生義，想當(dāng)然地認(rèn)為是一個“本地線程”。其實，ThreadLocal并不是一個Thread，而是Thread的局部變量，也許把它命名為ThreadLocalVariable更容易讓人理解一些。
當(dāng)使用ThreadLocal維護變量時，ThreadLocal為每個使用該變量的線程提供獨立的變量副本，所以每一個線程都可以獨立地改變自己的副本，而不會影響其它線程所對應(yīng)的副本。
從線程的角度看，目標(biāo)變量就象是線程的本地變量，這也是類名中“Local”所要表達的意思。
線程局部變量并不是Java的新發(fā)明，很多語言（如IBM IBM XLFORTRAN）在語法層面就提供線程局部變量。在Java中沒有提供在語言級支持，而是變相地通過ThreadLocal的類提供支持。
所以，在Java中編寫線程局部變量的代碼相對來說要笨拙一些，因此造成線程局部變量沒有在Java開發(fā)者中得到很好的普及。

1.ThreadLocal的接口方法

ThreadLocal類接口很簡單，只有4個方法，我們先來了解一下：
 

void set(Object value)

置當(dāng)前線程的線程局部變量的值：
 

ublic Object get()

該方法返回當(dāng)前線程所對應(yīng)的線程局部變量：
 

public void remove()

將當(dāng)前線程局部變量的值刪除，目的是為了減少內(nèi)存的占用，該方法是JDK5.0新增的方法。需要指出的是，當(dāng)線程結(jié)束后，對應(yīng)該線程的局部變量將自動被垃圾回收，所以顯式調(diào)用該方法清除線程的局部變量并不是必須的操作，但它可以加快內(nèi)存回收的速度。

protected Object initialValue()

返回該線程局部變量的初始值，該方法是一個protected的方法，顯然是為了讓子類覆蓋而設(shè)計的。這個方法是一個延遲調(diào)用方法，在線程第1次調(diào)用get()或set(Object)時才執(zhí)行，并且僅執(zhí)行1次。ThreadLocal中的缺省實現(xiàn)直接返回一個null。

值得一提的是，在JDK5.0中，ThreadLocal已經(jīng)支持泛型，該類的類名已經(jīng)變?yōu)門hreadLocal<T>。API方法也相應(yīng)進行了調(diào)整，新版本的API方法分別是voidset(T value)、T get()以及T initialValue()。
ThreadLocal是如何做到為每一個線程維護變量的副本的呢？其實實現(xiàn)的思路很簡單：在ThreadLocal類中有一個Map，用于存儲每一個線程的變量副本，Map中元素的鍵為線程對象，而值對應(yīng)線程的變量副本。

我們自己就可以提供一個簡單的實現(xiàn)版本：

 ? public class SimpleThreadLocal { ?
? ? ? ? ? ? ? ? ??
? ? ? ? ? ? ? ? private Map valueMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap()); ?
? ? ??
? ? ? ? ? ? ? ? public void set(Object newValue) { ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? valueMap.put(Thread.currentThread(), newValue); //①鍵為線程對象，值為本線程的變量副本 ?
? ? ? ? ? ? ? ? } ?
? ? ??
? ? ? ? ? ? ? ? public Object get() { ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Thread currentThread = Thread.currentThread(); ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Object o = valueMap.get(currentThread); ? ? //②返回本線程對應(yīng)的變量 ?
? ? ? ? ??
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? if (o == null && !valueMap.containsKey(currentThread)) {//③如果在Map中不存在，放到Map中保存起來。 ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? o = initialValue(); ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? valueMap.put(currentThread, o); ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? } ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? return o; ?
? ? ? ? ? ? ? ? } ?
? ? ??
? ? ? ? ? ? ? ? public void remove() { ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? valueMap.remove(Thread.currentThread()); ?
? ? ? ? ? ? ? ? } ?
? ? ??
? ? ? ? ? ? ? ? public Object initialValue() { ?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? return null; ?
? ? ? ? ? ? ? ? } ?
? ? ??
? ? ? ?} ?

雖然上述代碼清單這個ThreadLocal實現(xiàn)版本顯得比較幼稚，但它和JDK所提供的ThreadLocal類在實現(xiàn)思路上是相近的。

2.TheadLocal實例

下面，我們通過一個具體的實例了解一下ThreadLocal的具體使用方法

package threadLocalDemo;
?? ?
?? ??? ?public class SequenceNumber{
?
?? ??? ??? ? ?//①通過匿名內(nèi)部類覆蓋ThreadLocal的initialValue()方法，指定初始值--初始化
?? ??? ??? ?//ThreadLocal能夠保證每個線程在使用該變量的時候都擁有一份獨立的變量。Map實現(xiàn)
?? ??? ??? ?private static ThreadLocal<Integer> seqNum =new ThreadLocal<Integer>(){
?? ??? ??? ? ? ? ? public Integer initialValue() {
?? ??? ??? ? ? ? ? ? ? return 0; //初始化時候為0
?? ??? ??? ? ? ? ? }?? ??? ?
?? ??? ??? ? ?};
?? ??? ?
?? ??? ? ? ?//②獲取下一個序列值?? ?
?? ??? ? ? ?public int getNextNum(){?? ?
?? ??? ? ? ? ? seqNum.set(seqNum.get()+ 1);
?? ??? ? ? ? ? return seqNum.get();
?? ??? ? ? ?}
?? ??? ?
?? ??? ? ? ?public static void main(String[] args){
?? ?
?? ??? ? ? ? ? SequenceNumber sn = new SequenceNumber();
?? ?
?? ??? ? ? ? ? // ③ 3個線程共享sn，各自產(chǎn)生序列號?? ?
?? ??? ? ? ? ? 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() {?? ?
?? ??? ??? ? ? ? ? ? ? for (int i= 0; i < 3;i++) {?? ?
?? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? //④每個線程打出3個序列值?? ?
?? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? System.out.println("thread[" + Thread.currentThread().getName()+"]sn[" +sn.getNextNum() + "]");?? ?
?? ??? ??? ? ? ? ? ? ? }?? ?
?? ??? ??? ? ? ? ? }
?? ??? ?
?? ??? ??? ? ? ?}
?? ?
?? ??? ?}

通常我們通過匿名內(nèi)部類的方式定義ThreadLocal的子類，提供初始的變量值，如例子中①處所示。TestClient線程產(chǎn)生一組序列號，在③處，我們生成3個TestClient，它們共享同一個SequenceNumber實例。

運行以上代碼，在控制臺上輸出以下的結(jié)果：

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]

輸出的結(jié)果信息，我們發(fā)現(xiàn)每個線程所產(chǎn)生的序號雖然都共享同一個SequenceNumber實例，但它們并沒有發(fā)生相互干擾的情況，而是各自產(chǎn)生獨立的序列號，這是因為我們通過ThreadLocal為每一個線程提供了單獨的副本。

3.Thread同步機制的比較（總結(jié)）

ThreadLocal和線程同步機制相比有什么優(yōu)勢呢？ThreadLocal和線程同步機制都是為了解決多線程中相同變量的訪問沖突問題。
在同步機制中，通過對象的鎖機制保證同一時間只有一個線程訪問變量。這時該變量是多個線程共享的，使用同步機制要求程序慎密地分析什么時候?qū)ψ兞窟M行讀寫，什么時候需要鎖定某個對象，什么時候釋放對象鎖等繁雜的問題，程序設(shè)計和編寫難度相對較大。
而ThreadLocal則從另一個角度來解決多線程的并發(fā)訪問。ThreadLocal會為每一個線程提供一個獨立的變量副本，從而隔離了多個線程對數(shù)據(jù)的訪問沖突。因為每一個線程都擁有自己的變量副本，從而也就沒有必要對該變量進行同步了。ThreadLocal提供了線程安全的共享對象，在編寫多線程代碼時，可以把不安全的變量封裝進ThreadLocal。
由于ThreadLocal中可以持有任何類型的對象，低版本JDK所提供的get()返回的是Object對象，需要強制類型轉(zhuǎn)換。但JDK5.0通過泛型很好的解決了這個問題，在一定程度地簡化ThreadLocal的使用，代碼清單 9 2就使用了JDK5.0新的ThreadLocal<T>版本。
概括起來說，對于多線程資源共享的問題，同步機制采用了“以時間換空間”的方式，而ThreadLocal采用了“以空間換時間”的方式。前者僅提供一份變量，讓不同的線程排隊訪問，而后者為每一個線程都提供了一份變量，因此可以同時訪問而互不影響。

4.Spring使用ThreadLocal解決線程安全問題

spring中對于并發(fā)情況的處理（非常好）
我們知道在一般情況下，只有無狀態(tài)的Bean才可以在多線程環(huán)境下共享，參考Spring Bean Scope 有狀態(tài)的Bean 與無狀態(tài)的Bean ，在Spring中，絕大部分Bean都可以聲明為singleton作用域，因為是無狀態(tài)的嘛。對于有狀態(tài)的Bean，就是因為Spring對一些Bean（如RequestContextHolder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等）中非線程安全狀態(tài)采用ThreadLocal進行處理，讓它們也成為線程安全的狀態(tài)，因此有狀態(tài)的Bean就可以在多線程中共享了。

一般的Web應(yīng)用劃分為展現(xiàn)層、服務(wù)層和持久層三個層次，在不同的層中編寫對應(yīng)的邏輯，下層通過接口向上層開放功能調(diào)用。在一般情況下，從接收請求到返回響應(yīng)所經(jīng)過的所有程序調(diào)用都同屬于一個線程，

樣你就可以根據(jù)需要，將一些非線程安全的變量以ThreadLocal存放，在同一次請求響應(yīng)的調(diào)用線程中，所有關(guān)聯(lián)的對象引用到的都是同一個變量。

下面的實例能夠體現(xiàn)Spring對有狀態(tài)Bean的改造思路：

代碼清單3 TopicDao：非線程安全

public class TopicDao{
?? ?
?? ??? ?private Connection conn;//①一個非線程安全的變量
?? ?
?? ??? ?public void addTopic(){
?? ??? ??? ?Statement stat = conn.createStatement();//②引用非線程安全變量
?? ??? ?
?? ??? ??? ?…
?? ??? ?}
?? ?
?? ?}

由于①處的conn是成員變量，因為addTopic()方法是非線程安全的，必須在使用時創(chuàng)建一個新TopicDao實例（非singleton）。

下面使用ThreadLocal對conn這個非線程安全的“狀態(tài)”進行改造：

public class SqlConnection {
?? ?
?? ??? ? ? ?//①使用ThreadLocal保存Connection變量
?? ??? ??? ?private static ThreadLocal<Connection> connThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>();
?? ?
?? ??? ? ? ?public static Connection getConnection() {
?
?? ??? ? ? ? ? //②如果connThreadLocal沒有本線程對應(yīng)的Connection,創(chuàng)建一個新的Connection,并將其保存到線程本地變量中。
?? ??? ? ? ??? ?//如果線程變量中存在對應(yīng)的Connection,那么就取出來
?? ??? ? ? ? ? if (connThreadLocal.get()== null){
?? ??? ? ? ? ? ? ? Connection conn = getConnection();
?? ??? ? ? ? ? ? ? connThreadLocal.set(conn);
?? ??? ? ? ? ? ? ? return conn;?? ?
?? ??? ? ? ? ? }else {?? ?//③直接返回線程本地變量
?? ??? ? ? ? ? ? ? return connThreadLocal.get(); ? ? ??? ?
?? ??? ? ? ? ? }
?? ?
?? ??? ? ? ?}
?? ?
?? ??? ? ? ?public void addTopic() {
?? ?
?? ??? ? ? ? ? // ④從ThreadLocal中獲取線程對應(yīng)的Connection,每個線程都保存一份獨立的變量?? ?
?? ??? ? ? ? ? try {?? ?
?? ??? ? ? ? ? ? ? Statement stat = getConnection().createStatement();?? ?
?? ??? ? ? ? ? }catch (SQLException e) {?? ?
?? ??? ? ? ? ? ? ? e.printStackTrace();?? ?
?? ??? ? ? ? ? }
?? ?
?? ??? ? ? ?}
?? ?
?? ??? ?}

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