Spring中对ThreadLocal使用

Spring通过各种模板类降低了开发者使用各种数据持久化技术得难度。这些模板类都是线程安全得，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，根据持久化技术得不同，模板需要绑定数据连接或会话的资源。但是这些资源本身是非线程安全的，也就是说他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，但是资源池本身解决的是数据池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。但是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，影响系统的性能。从外，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。那么模板类究竟是怎么在无须线程同步的情况下就化解线程安全的呢？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等模块都出现了他们的身影，起着很大的作用，

ThreadLocal是什么？
早在JDK1.2的版本就提供了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简洁的编写出优美的多线程程序。
ThreadlLocal,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了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的改变自己的副本，而不会影响其他线程所对象的副本。从线程的角度看，这个变量就像是线程的本地变量。
ThreadLocal的接口方法
ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法
void set(Object value): 设置当前线程局部变量的值；
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，该方法时JDK5.0新增的方法。需要指出的是，当线程结束后，对应线程得局部变量将自动被垃圾回收，所以显示得调用该方法清楚线程的局部变量并不是必须的操作，但可以i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去设计的。这个方法是一个延迟调用的方法，在线程第一次调用get（）或set（）时才执行，并且仅执行一次。ThreadLocal中的默认实现直接返回一一个null.
值得一提的是在JDK5.0中，ThreadLocal已经支持泛型，该类的类名已经变成为ThreadLocal<T>，API方法也相应的做了调整，新版本的API方法分别是void set<T value>、T get()以及initialValue().
ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量副本的呢？其实实现的思路很简单：在Th'readLocal类中有一个Map,用于存储么一个线程的变量副本,Map中的键为线程对象，而值对应为线程的变量副本。

public class SimpleThreadLocal {
    private Map valueMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
    public void set(Object newValue) {
        valueMap.put(Thread.currentThread(), newValue);
    }
    public Object get() {
        Thread currentThread = Thread.currentThread();
        Object o = valueMap.get(currentThread);
        if (o == null && !valueMap.containsKey(currentThread)) {
            o = initialValue();
            valueMap.put(currentThread, o);
        }
        return o;
    }

    public void remove() {
        valueMap.remove(Thread.currentThread());
    }

    public Object initialValue() {
        return null;
    }

}

下面，我们通过一个具体的实例了解一个ThreadLocal的具体使用方法。

public class SequenceNumber {
    //①通过匿名内部类覆盖ThreadLocal的initialValue()方法，指定初始值
    private static ThreadLocal<Integer> seqNum=new ThreadLocal<Integer>(){
        public Integer initialValue(){
            return 0;
        }
    };
    //②获取下一个序列值
    public int getNextNUm(){
        seqNum.set(seqNum.get()+1);
        return seqNum.get();
    }
    public static void main(String[] args){
        SequenceNumber sn=new SequenceNumber();
        //③ 3个线程共享sn，各自产生序列号
        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(){
            //④每个线程打出3个序列值
            for(int i=0;i<3;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+sn.getNextNUm());
            }
        }
    }
}

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，如①处所示。TestClient线程产生一组序列号，在③处，我们生成3个TestClient，它们共享同一个SequenceNumber实例。运行以上代码，在控制台上输出以下的结果：

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]

考查输出的结果信息，我们发现每个线程所产生的序号虽然都共享同一个Sequence Number实例，但它们并没有发生相互干扰的情况，而是各自产生独立的序列号，这是因为我们通过ThreadLocal为每一个线程提供了单独的副本。

与Thread同步机制的比较
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。这时该变量时多个线程共享的，使用同步机制要求程序缜密的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，什么时候释放锁对象等繁杂问题，程序设计和编写难度会很大。
而ThreadLocal中可以持有任何类型的对象，低版本JDK所提供的get()返回的是Object对象，需要强制类型转换。但是JDK5.0通过泛型很好的解决了问题，在一定程度上简化ThreadLocal的使用
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：访问串行化，对象共享化。ThreadLOCAL采用l“以空间换时间”的方式:访问并行化，对象独享化。前者提供一份变量，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相不影响。
Spring使用ThreadLocal解决线程安全问题
我们知道在一般的情况下，只有无状态的Bean才可以在多线程的环境下共享，在Spring中，绝大多数Bean都可以声明为singleton作用域。就是因为Spring对一些Bean中非线程安全的“状态性对象”采用了ThreadLocal进行封装，因此有状态的Bean就能以singleton的方式在多线程中正常工作。
一般的Web应用划分为展现层、服务层和持久层三个层次，在不同的层中编写对应的逻辑，下层通过接口向上层开放功能调用。在一般的情况下，从接收请求到返回响应所经过的所有程序都属于同一个线程。
这样用户就可以根据需求，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意ThreadLocal变量都是当前线程所绑定的。

下面的实例体现 Spring对有状态的Bean的改造思路：

public class TopicDao {
   //①一个非线程安全的变量
   private Connection conn; 
   public void addTopic(){
        //②引用非线程安全变量
       Statement stat = conn.createStatement();
       …
   }

由于①处的conn是成员变量，因为addTopic()方法是非线程安全的，必须在使用时创建一个新TopicDao实例（非singleton）。下面使用ThreadLocal对conn这个非线程安全的“状态”进行改造：

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直接放到Dao只能做到本Dao多个方法共享Connection时不发生线程安全的问题，但是无发和其他Dao共用一个Connection，要做到同一事务多Dao共享一个Connection，必须在一个共同的外部类里面使用ThreadLocal保存Connection。

转自：https://blog.csdn.net/u012190520/article/details/80974458