Spring-利用ThreadLocal解決線程安全問題(多線程并發登入)

ThreadLocal是什麼

ThreadLocal，顧名思義，它不是一個線程，而是線程的一個本地化對象。當工作于多線程中的對象使用ThreadLocal維護變量時，ThreadLocal為每個使用該變量的線程配置設定一個獨立的變量副本。是以每一個線程都可以獨立地改變自己的副本，而不會影響其他線程所對應的副本。從線程的角度看，這個變量就像是線程的本地變量，這也是類名中“Local”所要表達的意思。

ThreadLocal的方法很簡單，主要的就是4個方法

// 設定目前線程的線程局部變量的值
void set(T value)

// 傳回目前線程所對應的線程局部變量
public T get()

// 将目前線程局部變量的值删除，目的是為了減少記憶體的占用，加快記憶體回收的速度
public void remove()

// 傳回該線程局部變量的初始值，讓子類繼承而設計的。這個方法是一個延遲調用方法，線上程第一次調用get()或set(Object)時才執行，并且僅執行1次。ThreadLocal中的預設實作直接傳回一個null。
protected T initialValue()

ThreadLocal的實作思路

那麼ThreadLocal是如何做到為每一個線程維護一份獨立的變量副本呢？其實實作思路很簡單：在ThreadLocal類中有一個Map，用于存儲沒一個線程的變量副本，Map中元素的鍵為線程對象，而值對應線程的變量副本。我們自己也可以提供一個簡單的實作版本：

public class SimpleThreadLocal {
	private Map<Thread, Object> valueMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
	
	public void set(Object newValue) {
		valueMap.set(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;
	}
}

ThreadLocal的運用

下面是我在項目中運用ThreadLocal來實作多線程情況下，使用者資訊的管理Session：

package com.benjamin.common.session;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * Created by piqiu on 2/27/16.
 * 使用者Session資訊保管類
 */
public class UserSession {

    /** 儲存使用者的資訊 **/
    private static final ThreadLocal<Map<Object, Object>> userThreadLocal = new ThreadLocal<>();

    protected UserSession(){}

    public static Object get(String attribute) {
        Map<Object, Object> userInfo = userThreadLocal.get();
        Object o = null;
        if (userInfo != null) {
            o = userInfo.get(attribute);
        }
        return o;
    }

    public static <T> T get(String attribute, Class<T> clazz) {
        return (T)get(attribute);
    }

    public static void set(Object attribute, Object value) {
        Map<Object, Object> userInfo = userThreadLocal.get();
        if (userInfo == null) {
            userInfo = new HashMap<>();
            userThreadLocal.set(userInfo);
        }
        userInfo.put(attribute, value);
    }
}

ThreadLocal與Thread同步機制的比較

ThreadLocal和線程同步機制都是為了解決多線程中相同變量的通路沖突問題，那麼，ThreadLocal和線程同步機制相比有什麼優勢呢？

在同步機制中，通過對象的鎖機制保證同一時間隻有一個線程通路變量。這時該變量是多個線程共享的，使用同步機制要求程式缜密的分析什麼時候對變量進行讀寫，什麼時候需要鎖定某個對象，什麼時候釋放對象鎖等繁雜的問題，程式設計和編寫難度相對較大

而ThreadLocal則從另一個角度來解決多線程的并發通路。ThreadLocal為每一個線程提供一個獨特的變量副本，進而隔離了多個線程對通路資料的沖突。因為每一個線程都擁有自己的變量副本，進而也就沒有必要對該變量進行同步了。ThreadLocal提供了線程安全的對象封裝，在編寫多線程代碼時，可以把不安全的變量封裝進ThreadLocal。

概括起來說，對于多線程資源共享的問題，同步機制采用了“以時間換空間”的方式：通路串行化，對象共享化。而ThreadLocal采用了“以空間換時間”的方式：通路并行化，對象獨享化。前者僅提供一份變量，讓不同的線程排隊通路，而後者為每一個線程都提供了一份變量，是以可以同時通路而互不影響。