Java并發(fā)編程示例(九)：本地線程變量的使用
共享數(shù)據(jù)是并發(fā)程序最關(guān)鍵的特性之一。對(duì)于無論是繼承Thread類的對(duì)象，還是實(shí)現(xiàn)Runnable接口的對(duì)象，這都是一個(gè)非常周重要的方面。
如果創(chuàng)建了一個(gè)實(shí)現(xiàn)Runnable接口的類的對(duì)象，并使用該對(duì)象啟動(dòng)了一系列的線程，則所有這些線程共享相同的屬性。換句話說，如果一個(gè)線程修改了一個(gè)屬性，則其余所有線程都會(huì)受此改變的影響。
有時(shí)，我們更希望能在線程內(nèi)單獨(dú)使用，而不和其他使用同一對(duì)象啟動(dòng)的線程共享。Java并發(fā)接口提供了一種很清晰的機(jī)制來滿足此需求，該機(jī)制稱為本地線程變量。該機(jī)制的性能也非?？捎^。
知其然
按照下面所示步驟，完成示例程序。
1.首先，實(shí)現(xiàn)一個(gè)有上述問題的程序。創(chuàng)建一個(gè)名為UnsafeTask的類，并且實(shí)現(xiàn)Runnable接口。在類中聲明一個(gè)java.util.Date類型的私有屬性。代碼如下：
public class UnsafeTask implements Runnable {
private Date startDate;
2.實(shí)現(xiàn)UnsafeTask的run()方法，該方法實(shí)例化startDate屬性，并將其值輸出到控制臺(tái)上。休眠隨機(jī)一段時(shí)間，然后再次將startDate屬性的值輸出到控制臺(tái)上。代碼如下：
@Override
public void run() {
startDate = new Date();
System.out.printf("Starting Thread: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate);
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep((int) Math.rint(Math.random() * 10));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("Thread Finished: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate);
}
3.實(shí)現(xiàn)問題程序的主類。創(chuàng)建一個(gè)帶有main()方法的類，UnsafeMain。在main()方法中，創(chuàng)建一個(gè)UnsafeTask對(duì)象，并使用該對(duì)象來創(chuàng)建10個(gè)Thread對(duì)象，來啟動(dòng)10個(gè)線程。在每個(gè)線程中間，休眠2秒鐘。代碼如下：
public class UnsafeMain {
public static void main(String[] args) {
UnsafeTask task = new UnsafeTask();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Thread thread = new Thread(task);
thread.start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
4.從上面的邏輯來看，每個(gè)線程都有一個(gè)不同的啟動(dòng)時(shí)間。但是，根據(jù)下面的輸出日志來看，出現(xiàn)了好多相同的時(shí)間值。如下：
Starting Thread: 9 : Sun Sep 29 23:31:08 CST 2013
Starting Thread: 10 : Sun Sep 29 23:31:10 CST 2013
Starting Thread: 11 : Sun Sep 29 23:31:12 CST 2013
Starting Thread: 12 : Sun Sep 29 23:31:14 CST 2013
Thread Finished: 9 : Sun Sep 29 23:31:14 CST 2013
Starting Thread: 13 : Sun Sep 29 23:31:16 CST 2013
Thread Finished: 10 : Sun Sep 29 23:31:16 CST 2013
Starting Thread: 14 : Sun Sep 29 23:31:18 CST 2013
Thread Finished: 11 : Sun Sep 29 23:31:18 CST 2013
Starting Thread: 15 : Sun Sep 29 23:31:20 CST 2013
Thread Finished: 12 : Sun Sep 29 23:31:20 CST 2013
Starting Thread: 16 : Sun Sep 29 23:31:22 CST 2013
Starting Thread: 17 : Sun Sep 29 23:31:24 CST 2013
Thread Finished: 17 : Sun Sep 29 23:31:24 CST 2013
Thread Finished: 15 : Sun Sep 29 23:31:24 CST 2013
Thread Finished: 13 : Sun Sep 29 23:31:24 CST 2013
Starting Thread: 18 : Sun Sep 29 23:31:26 CST 2013
Thread Finished: 14 : Sun Sep 29 23:31:26 CST 2013
Thread Finished: 18 : Sun Sep 29 23:31:26 CST 2013
Thread Finished: 16 : Sun Sep 29 23:31:26 CST 2013
5.如前文所示，我們準(zhǔn)備使用本地線程變量（the thread-local variables）機(jī)制來解決這個(gè)問題。
6.創(chuàng)建一個(gè)名為SafeTask的類，并且實(shí)現(xiàn)Runnable接口。代碼如下：
public class SafeTask implements Runnable {
7.聲明一個(gè)ThreadLocal<Date>類型的對(duì)象，該對(duì)象實(shí)例化時(shí)，重寫了initialValue()方法，在該方法中返回實(shí)際的日期值。代碼如下：
private static ThreadLocal<Date> startDate = new
ThreadLocal<Date>() {
@Override
protected Date initialValue() {
return new Date();
}
};
8.實(shí)現(xiàn)SafeTask類的run()方法。該方法和UnsafeTask的run()方法一樣，只是startDate屬性的方法方式稍微調(diào)整一下。代碼如下：
@Override
public void run() {
System.out.printf("Starting Thread: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate.get());
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep((int) Math.rint(Math.random() * 10));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("Thread Finished: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate.get());
}
9.該安全示例的主類和非安全程序的主類基本相同，只是需要將UnsafeTask修改為SafeTask即可。具體代碼如下：
public class SafeMain {
public static void main(String[] args) {
SafeTask task = new SafeTask();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Thread thread = new Thread(task);
thread.start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
10.運(yùn)行程序，分析兩次輸入的不同之處。
為了規(guī)范類的命名，本文中主類的命名和原文稍有不同。另外，原文程序和文字?jǐn)⑹霾灰恢隆?yīng)該是一個(gè)筆誤。
知其所以然
下面是安全示例的執(zhí)行結(jié)果。從結(jié)果中，可以很容易地看出，每個(gè)線程都有一個(gè)屬于各自線程的startDate屬性值。程序輸入如下：
Starting Thread: 9 : Sun Sep 29 23:52:17 CST 2013
Starting Thread: 10 : Sun Sep 29 23:52:19 CST 2013
Starting Thread: 11 : Sun Sep 29 23:52:21 CST 2013
Thread Finished: 10 : Sun Sep 29 23:52:19 CST 2013
Starting Thread: 12 : Sun Sep 29 23:52:23 CST 2013
Thread Finished: 11 : Sun Sep 29 23:52:21 CST 2013
Starting Thread: 13 : Sun Sep 29 23:52:25 CST 2013
Thread Finished: 9 : Sun Sep 29 23:52:17 CST 2013
Starting Thread: 14 : Sun Sep 29 23:52:27 CST 2013
Starting Thread: 15 : Sun Sep 29 23:52:29 CST 2013
Thread Finished: 13 : Sun Sep 29 23:52:25 CST 2013
Starting Thread: 16 : Sun Sep 29 23:52:31 CST 2013
Thread Finished: 14 : Sun Sep 29 23:52:27 CST 2013
Starting Thread: 17 : Sun Sep 29 23:52:33 CST 2013
Thread Finished: 12 : Sun Sep 29 23:52:23 CST 2013
Thread Finished: 16 : Sun Sep 29 23:52:31 CST 2013
Thread Finished: 15 : Sun Sep 29 23:52:29 CST 2013
Starting Thread: 18 : Sun Sep 29 23:52:35 CST 2013
Thread Finished: 17 : Sun Sep 29 23:52:33 CST 2013
Thread Finished: 18 : Sun Sep 29 23:52:35 CST 2013
線程本地變量為每個(gè)線程存儲(chǔ)了一個(gè)屬性的副本?？梢允褂肨hreadLocal的get()方法獲取變量的值，使用set()方法設(shè)置變量的值。如果第一次訪問線程本地變量，并且該變量還沒有賦值，則調(diào)用initialValue()方法為每個(gè)線程初始化一個(gè)值。
永無止境
ThreadLocal類還提供了remove()方法，來刪掉調(diào)用該方法的線程中存儲(chǔ)的本地變量值。
另外，Java并發(fā)API還提供了InheritableThreadLocal類，讓子線程可以接收所有可繼承的線程局部變量的初始值，以獲得父線程所具有的值。如果線程A有一個(gè)線程本地變量，當(dāng)線程A創(chuàng)建線程B時(shí)，則線程B將擁有和線程A一樣的線程本地變量。還可以重寫childValue()，來初始化子線程的線程本地變量。該方法將接受從父線程以參數(shù)形式傳遞過來的線程本地變量的值。
拿來主義
本文是從 《Java 7 Concurrency Cookbook》 （D瓜哥竊譯為 《Java7并發(fā)示例集》 ）翻譯而來，僅作為學(xué)習(xí)資料使用。沒有授權(quán)，不得用于任何商業(yè)行為。
小有所成
下面是本節(jié)示例所包含的所有代碼的完整版。
UnsafeTask類的完整代碼：
package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 不能保證線程安全的例子
* Date: 2013-09-23
* Time: 23:58
*/
public class UnsafeTask implements Runnable {
private Date startDate;
@Override
public void run() {
startDate = new Date();
System.out.printf("Starting Thread: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate);
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep((int) Math.rint(Math.random() * 10));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("Thread Finished: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate);
}
}
UnsafeMain類的完整代碼：
package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 不安全的線程示例
* Date: 2013-09-24
* Time: 00:04
*/
public class UnsafeMain {
public static void main(String[] args) {
UnsafeTask task = new UnsafeTask();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Thread thread = new Thread(task);
thread.start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
SafeTask類的完整代碼：
package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 使用線程本地變量保證線程安全
* Date: 2013-09-29
* Time: 23:34
*/
public class SafeTask implements Runnable {
private static ThreadLocal<Date> startDate = new
ThreadLocal<Date>() {
@Override
protected Date initialValue() {
return new Date();
}
};
@Override
public void run() {
System.out.printf("Starting Thread: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate.get());
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep((int) Math.rint(Math.random() * 10));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("Thread Finished: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate.get());
}
}
SafeMain類的完整代碼：
package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 安全的線程示例
* Date: 2013-09-24
* Time: 00:04
*/
public class SafeMain {
public static void main(String[] args) {
SafeTask task = new SafeTask();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Thread thread = new Thread(task);
thread.start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
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