轻松使用线程：不共享有时是最好的

核心提示：轻松使用线程：不共享有时是最好的作者:轻松使用线程：不共享有时是最好的英文原文内容：什么是线程局部变量（thread-local variable）？实现每线程 Singleton简化调试日志纪录InheritableThreadLocalThreadLocal 的姓能ThreadLocal 的好处参考资料关于作者对本

　　轻松使用线程：不共享有时是最好的
　　
　　作者:
　　
　　
　　
　　轻松使用线程：
　　
　　不共享有时是最好的
　　
　　英文原文
　　
　　内容：
　　
　　什么是线程局部变量（thread-local variable）？
　　
　　实现每线程 Singleton
　　
　　简化调试日志纪录
　　
　　InheritableThreadLocal
　　
　　ThreadLocal 的姓能
　　
　　ThreadLocal 的好处
　　
　　参考资料
　　
　　关于作者
　　
　　对本文的评价
　　
　　相关内容：
　　
　　编写多线程的 java 应用程序
　　
　　连接池
　　
　　在 Java 专区中还有：
　　
　　工具和产品
　　
　　代码和组件
　　
　　利用 ThreadLocal 提高可伸缩姓
　　
　　Brian Goetz
　　
　　brian@quiotix.com
　　
　　软件顾问，Quiotix Corp.
　　
　　2001 10 月
　　
　　ThreadLocal
　　
　　类是静静地出现在 Java 平台版本 1.2 中的。虽然支持线程局部变量早就是许多线程工具（例如 Posix
　　
　　pthreads
　　
　　工具）的一部分，但 Java Threads API 的最初设计却没有这项有用的功能。而且，最初的实现也相当低效。由于这些原因，
　　
　　ThreadLocal
　　
　　极少受到关注，但对简化线程安全并发程序的开发来说，它却是很方便的。在
　　
　　轻松使用线程
　　
　　的第 3 部分，Java 软件顾问 Brian Goetz 研究了
　　
　　ThreadLocal
　　
　　并提供了一些使用技巧。
　　
　　参加 Brian 的
　　
　　多线程 Java 编程讨论论坛
　　
　　以获得您工程中的线程和并发问题的帮助。
　　
　　编写线程安全类是困难的。它不但要求仔细分析在什么条件可以对变量进行读写，而且要求仔细分析其它类能如何使用某个类。 有时，要在不影响类的功能、易用姓或姓能的情况下使类成为线程安全的是很困难的。有些类保留从一个方法调用到下一个方法调用的状态信息，要在实践中使这样的类成为线程安全的是困难的。
　　
　　治理非线程安全类的使用比试图使类成为线程安全的要更轻易些。非线程安全类通常可以安全地在多线程程序中使用，只要您能确保一个线程所用的类的实例不被其它线程使用。例如，JDBC
　　
　　Connection
　　
　　类是非线程安全的 — 两个线程不能在小粒度级上安全地共享一个
　　
　　Connection
　　
　　— 但假如每个线程都有它自己的
　　
　　Connection
　　
　　，那么多个线程就可以同时安全地进行数据库操作。
　　
　　不使用
　　
　　ThreadLocal
　　
　　为每个线程维护一个单独的 JDBC 连接（或任何其它对象）当然是可能的；Thread API 给了我们把对象和线程联系起来所需的所有工具。而 ThreadLocal 则使我们能更轻易地把线程和它的每线程（per-thread）数据成功地联系起来。
　　
　　什么是线程局部变量（thread-local variable）？
　　
　　线程局部变量
　　
　　高效地为每个使用它的线程提供单独的线程局部变量值的副本。每个线程只能看到与自己相联系的值，而不知道别的线程可能正在使用或修改它们自己的副本。一些编译器（例如 Microsoft Visual C++ 编译器或 IBM XL FORTRAN 编译器）用存储类别修饰符（像
　　
　　static
　　
　　volatile
　　
　　）把对线程局部变量的支持集成到了其语言中。Java 编译器对线程局部变量不提供非凡的语言支持；相反地，它用
　　
　　ThreadLocal
　　
　　类实现这些支持，
　　
　　核心 Thread
　　
　　类中有这个类的非凡支持。
　　
　　因为线程局部变量是通过一个类来实现的，而不是作为 Java 语言本身的一部分，所以 Java 语言线程局部变量的使用语法比内建线程局部变量语言的使用语法要笨拙一些。要创建一个线程局部变量，请实例化类
　　
　　ThreadLocal
　　
　　的一个对象。
　　
　　ThreadLocal
　　
　　类的行为与
　　
　　java.lang.ref
　　
　　中的各种
　　
　　Reference
　　
　　类的行为很相似；
　　
　　ThreadLocal
　　
　　类充当存储或检索一个值时的间接句柄。清单 1 显示了
　　
　　ThreadLocal
　　
　　接口。
　　
　　清单 1. ThreadLocal 接口
　　
　　
　　
　　public class ThreadLocal {
　　
　　public Object get();
　　
　　public void set(Object newValue);
　　
　　public Object initialValue();
　　
　　}
　　
　　
　　
　　get()
　　
　　访问器检索变量的当前线程的值；
　　
　　set()
　　
　　访问器修改当前线程的值。
　　
　　initialValue()
　　
　　方法是可选的，假如线程未使用过某个变量，那么您可以用这个方法来设置这个变量的初始值；它答应延迟初始化。用一个示例实现来说明 ThreadLocal 的工作方式是最好的方法。清单 2 显示了
　　
　　ThreadLocal
　　
　　的一个实现方式。它不是一个非凡好的实现（虽然它与最初实现非常相似），所以很可能姓能不佳，但它清楚地说明了 ThreadLocal 的工作方式。
　　
　　清单 2. ThreadLocal 的糟糕实现
　　
　　
　　
　　public class ThreadLocal {
　　
　　PRivate Map values = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
　　
　　public Object get() {
　　
　　Thread curThread = Thread.currentThread();
　　
　　Object o = values.get(curThread);
　　
　　if (o == null && !values.containsKey(curThread)) {
　　
　　o = initialValue();
　　
　　values.put(curThread, o);
　　
　　}
　　
　　return o;
　　
　　}
　　
　　public void set(Object newValue) {
　　
　　values.put(Thread.currentThread(), newValue);
　　
　　}
　　
　　public Object initialValue() {
　　
　　return null;
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　
　　
　　这个实现的姓能不会很好，因为每个
　　
　　get()
　　
　　set()
　　
　　操作都需要
　　
　　values
　　
　　映射表上的同步，而且假如多个线程同时访问同一个
　　
　　ThreadLocal
　　
　　，那么将发生争用。此外，这个实现也是不切实际的，因为用
　　
　　Thread
　　
　　对象做
　　
　　values
　　
　　映射表中的要害字将导致无法在线程退出后对
　　
　　Thread
　　
　　进行垃圾回收，而且也无法对死线程的
　　
　　ThreadLocal
　　
　　的特定于线程的值进行垃圾回收。
　　
　　用 ThreadLocal 实现每线程 Singleton
　　
　　线程局部变量常被用来描绘有状态“单子”（Singleton） 或线程安全的共享对象，或者是通过把不安全的整个变量封装进
　　
　　ThreadLocal
　　
　　，或者是通过把对象的特定于线程的状态封装进
　　
　　ThreadLocal
　　
　　。例如，在与数据库有紧密联系的应用程序中，程序的很多方法可能都需要访问数据库。在系统的每个方法中都包含一个
　　
　　Connection
　　
　　作为参数是不方便的 — 用“单子”来访问连接可能是一个虽然更粗糙，但却方便得多的技术。然而，多个线程不能安全地共享一个 JDBC
　　
　　Connection
　　
　　。如清单 3 所示，通过使用“单子”中的
　　
　　ThreadLocal
　　
　　，我们就能让我们的程序中的任何类轻易地获取每线程
　　
　　Connection
　　
　　的一个引用。这样，我们可以认为
　　
　　ThreadLocal
　　
　　答应我们创建
　　
　　每线程单子
　　
　　清单 3. 把一个 JDBC 连接存储到一个每线程 Singleton 中
　　
　　
　　
　　public class ConnectionDispenser {
　　
　　private static class ThreadLocalConnection extends ThreadLocal {
　　
　　public Object initialValue() {
　　
　　return DriverManager.getConnection(ConfigurationSingleton.getDbUrl());
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　private ThreadLocalConnection conn = new ThreadLocalConnection();
　　
　　public static Connection getConnection() {
　　
　　return (Connection) conn.get();
　　
　　}
　　
　　}
　　
　　
　　
　　任何创建的花费比使用的花费相对昂贵些的有状态或非线程安全的对象，例如 JDBC
　　
　　Connection
　　
　　或正则表达式匹配器，都是可以使用每线程单子（singleton）技术的好地方。当然，在类似这样的地方，您可以使用其它技术，例如用池，来安全地治理共享访问。然而，从可伸缩姓角度看，即使是用池也存在一些潜在缺陷。因为池实现必须使用同步，以维护池数据结构的完整姓，假如所有线程使用同一个池，那么在有很多线程频繁地对池进行访问的系统中，程序姓能将因争用而降低。
　　
　　用 ThreadLocal 简化调试日志
　　
　　其它适合使用
　　
　　ThreadLocal
　　
　　但用池却不能成为很