学习Spring必学的Java基础知识(六)-ThreadLocal

学习Spring必学的Java基础知识(6)----ThreadLocal
引述要学习Spring框架的技术内幕，必须事先掌握一些基本的Java知识，正所谓“登高必自卑，涉远必自迩”。以下几项Java知识和Spring框架息息相关，不可不学（我将通过一个系列分别介绍这些Java基础知识，希望对大家有所帮助。）：

[1] Java反射知识-->Spring IoC :http://www.iteye.com/topic/1123081
[2] Java动态代理-->Spring AOP :http://www.iteye.com/topic/1123293
[3] 属性编辑器，即PropertyEditor-->Spring IoC:http://www.iteye.com/topic/1123628
[4] XML基础知识-->Spring配置:http://www.iteye.com/topic/1123630
[5] 注解-->Spring配置:http://www.iteye.com/topic/1123823
[6] 线程本地变更,即ThreadLocal-->Spring事务管理:http://www.iteye.com/topic/1123824
[7] 事务基础知识-->Spring事务管理:http://www.iteye.com/topic/1124043
[8] 国际化信息-->MVC:http://www.iteye.com/topic/1124044
[9] HTTP报文-->MVC：http://www.iteye.com/topic/1124408




我们知道Spring通过各种模板类降低了开发者使用各种数据持久技术的难度。这些模板类都是线程安全的，也就是说，多个DAO可以复用同一个模板实例而不会发生冲突。我们使用模板类访问底层数据，根据持久化技术的不同，模板类需要绑定数据连接或会话的资源。但这些资源本身是非线程安全的，也就是说它们不能在同一时刻被多个线程共享。虽然模板类通过资源池获取数据连接或会话，但资源池本身解决的是数据连接或会话的缓存问题，并非数据连接或会话的线程安全问题。
按照传统经验，如果某个对象是非线程安全的，在多线程环境下，对对象的访问必须采用synchronized进行线程同步。但模板类并未采用线程同步机制，因为线程同步会降低并发性，影响系统性能。此外，通过代码同步解决线程安全的挑战性很大，可能会增强好几倍的实现难度。那么模板类究竟仰仗何种魔法神功，可以在无须线程同步的情况下就化解线程安全的难题呢？答案就是ThreadLocal！
ThreadLocal在Spring中发挥着重要的作用，在管理request作用域的Bean、事务管理、任务调度、AOP等模块都出现了它们的身影，起着举足轻重的作用。要想了解Spring事务管理的底层技术，ThreadLocal是必须攻克的山头堡垒。

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。
ThreadLocal，顾名思义，它不是一个线程，而是线程的一个本地化对象。当工作于多线程中的对象使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程分配一个独立的变量副本。所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其他线程所对应的副本。从线程的角度看，这个变量就像是线程的本地变量，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，而以一种变通的方法，通过ThreadLocal的类提供支持。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，这也是为什么线程局部变量没有在Java开发者中得到很好普及的原因。


ThreadLocal的接口方法

ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法，我们先来了解一下。
void set(Object value)   设置当前线程的线程局部变量的值；public Object get()    该方法返回当前线程所对应的线程局部变量；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；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中的默认实现直接返回一个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：

代码清单9-3  SimpleThreadLocal

这样用户就可以根据需要，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，所有对象所访问的同一ThreadLocal变量都是当前线程所绑定的。
下面的实例能够体现Spring对有状态Bean的改造思路：

代码清单9-5  TopicDao：非线程安全
import java.sql.Connection;import java.sql.Statement;public class TopicDao {  //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 = ConnectionManager.getConnection();connThreadLocal.set(conn);              return conn;}else{              //③直接返回线程本地变量return connThreadLocal.get();}}public void addTopic() {//④从ThreadLocal中获取线程对应的         Statement stat = getConnection().createStatement();}}


不同的线程在使用TopicDao时，先判断connThreadLocal.get()是否为null，如果为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，直接使用就可以了。这样，就保证了不同的线程使用线程相关的Connection，而不会使用其他线程的Connection。因此，这个TopicDao就可以做到singleton共享了。

当然，这个例子本身很粗糙，将Connection的ThreadLocal直接放在Dao只能做到本Dao的多个方法共享Connection时不发生线程安全问题，但无法和其他Dao共用同一个Connection，要做到同一事务多Dao共享同一个Connection，必须在一个共同的外部类使用ThreadLocal保存Connection。但这个实例基本上说明了Spring对有状态类线程安全化的解决思路。在本章后面的内容中，我们将详细说明Spring如何通过ThreadLocal解决事务管理的问题。

这些文章摘自于我的《Spring 3.x企业应用开发实战》，我将通过连载的方式，陆续在此发出。欢迎大家讨论。
    1 楼    gouerli    2012-06-06                   陆陆续续看了下来，博主写的很不错，尤其是反射和动态代理，介绍的很清晰，但是我运行SequenceNumber的时候却在14行抛出空指针异常，看了好久代码也没思考出原因，博主运行时正常吗？    2 楼    gouerli    2012-06-06              gouerli 写道     陆陆续续看了下来，博主写的很不错，尤其是反射和动态代理，介绍的很清晰，但是我运行SequenceNumber的时候却在14行抛出空指针异常，看了好久代码也没思考出原因，博主运行时正常吗？
唯一的可能性就是在调用seqNum.set()和seqNum.get()时，尚未初始化，但是博主文章中提到initialValue()在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，那也就是说调用时已经初始化完毕了，希望博主能够解惑，谢谢！