多线程

ThreadLocal 变量
早在JDK 1.2 的版本中就提供java.lang.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。
ThreadLocal 很容易让人望文生义，想当然地认为是一个“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 更容易让人理解一些。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，目标变量就是线程的本地变量，这也是类名中“Local”所要表达的意
思。线程局部变量并不是Java 的新发明，很多语言（如IBM XL FORTRAN）在语法层面就
提供线程局部变量。在Java 中没有提供语言级支持，而是变相地通过ThreadLocal 的类提供
支持。
JDK 5 以后提供了泛型支持，ThreadLocal 被定义为支持泛型：
public class ThreadLocal<T> extends Object
T 为线程局部变量的类型。该类定义了4 个方法：
1） protected T initialValue()：返回此线程局部变量的当前线程的“初始值”。线程第一次使用 get() 方法访问变量时将调用此方法，但如果线程之前调用了 set(T) 方法，则不会对该线程再调用 initialValue 方法。通常，此方法对每个线程最多调用一次，但如果在调用 get()后又调用了 remove()，则可能再次调用此方法。
该实现返回 null；如果程序员希望线程局部变量具有 null 以外的值，则必须为
ThreadLocal 创建子类，并重写此方法。通常将使用匿名内部类完成此操作。
2）public T get()：返回此线程局部变量的当前线程副本中的值。如果变量没有用于当前
线程的值，则先将其初始化为调用 initialValue() 方法返回的值。
3）public void set(T value)：将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为指定值。大部分子类不需要重写此方法，它们只依靠 initialValue() 方法来设置线程局部变量的值。
4）public void remove()：移除此线程局部变量当前线程的值。如果此线程局部变量随后
被当前线程读取，且这期间当前线程没有设置其值，则将调用其 initialValue() 方法重新初始化其值。这将导致在当前线程多次调用 initialValue 方法。
下面是一个使用ThreadLocal 的例子，每个线程产生自己独立的序列号。就是使用ThreadLocal 存储每个线程独立的序列号复本，线程之间互不干扰。
package sync;
public class SequenceNumber {
// 定义匿名子类创建ThreadLocal的变量
private static ThreadLocal<Integer> seqNum = new
ThreadLocal<Integer>() {
// 覆盖初始化方法
public Integer initialValue() {
return 0;
}
};
// 下一个序列号
public int getNextNum() {
seqNum.set(seqNum.get() + 1);
return seqNum.get();
}
private static class TestClient extends Thread {
private SequenceNumber sn;
public TestClient(SequenceNumber sn) {
this.sn = sn;
}
// 线程产生序列号
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
System.out.println("thread[" +
Thread.currentThread().getName()
+ "] sn[" + sn.getNextNum() + "]");
}
}
}
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
SequenceNumber sn = new SequenceNumber();
// 三个线程产生各自的序列号
TestClient t1 = new TestClient(sn);
TestClient t2 = new TestClient(sn);
TestClient t3 = new TestClient(sn);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
程序的运行结果如下：
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-0] sn[1]
thread[Thread-0] sn[2]
thread[Thread-0] sn[3]
从运行结果可以看出，使用了ThreadLocal 后，每个线程产生了独立的序列号，没有相互干扰。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。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。
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。
需要注意的是ThreadLocal 对象是一个本质上存在风险的工具，应该在完全理解将要使
用的线程模型之后，再去使用ThreadLocal 对象。这就引出了线程池（thread pooling）的问题，线程池是一种线程重用技术，有了线程池就不必为每个任务创建新的线程，一个线程可能会多次使用，用于这种环境的任何ThreadLocal 对象包含的都是最后使用该线程的代码所设置的状态，而不是在开始执行新线程时所具有的未被初始化的状态。
那么ThreadLocal 是如何实现为每个线程保存独立的变量的副本的呢？通过查看它的源
代码，我们会发现，是通过把当前“线程对象”当作键，变量作为值存储在一个Map 中。
private T setInitialValue() {
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
return value;
}