ThreadLocal 與synchronized
Java良好的支持多線程。使用java,我們可以很輕松的編程一個多線程程序。但是使用多線程可能會引起并發(fā)訪問的問題。synchronized和 ThreadLocal 都是用來解決多線程并發(fā)訪問的問題。大家可能對synchronized較為熟悉，而對 ThreadLocal 就要陌生得多了。
并發(fā)問題。當一個對象被兩個線程同時訪問時，可能有一個線程會得到不可預期的結(jié)果。

一個簡單的java類Studnet

    public class Student {
  private int age=0;
  
  public int getAge() {
	  return this.age;
	  
  }
  
  public void setAge(int age) {
	  this.age = age;
  }
}
  

一個多線程類ThreadDemo.
這個類有一個Student的私有變量,在run方法中，它隨機產(chǎn)生一個整數(shù)。然后設(shè)置到student變量中,從student中讀取設(shè)置后的值。然后睡眠5秒鐘，最后再次讀student的age值。

    public class ThreadDemo implements Runnable{
  Student student = new Student();
  public static void main(String[] agrs) {
	 ThreadDemo td = new ThreadDemo();
	 Thread t1 = new Thread(td,"a");
	 Thread t2 = new Thread(td,"b");
    t1.start();
    t2.start();

  }
/* (non-Javadoc)
 * @see java.lang.Runnable#run()
 */
 public void run() {
	 accessStudent();
 }
 
 public void accessStudent() {
	    String currentThreadName = Thread.currentThread().getName();
	    System.out.println(currentThreadName+" is running!");
	   // System.out.println("first  read age is:"+this.student.getAge());
	    Random random = new Random();
	    int age = random.nextInt(100);
	    System.out.println("thread "+currentThreadName +" set age to:"+age);
	   
	    this.student.setAge(age);
	    System.out.println("thread "+currentThreadName+" first  read age is:"+this.student.getAge());
	    try {
	    Thread.sleep(5000);
	    }
	    catch(InterruptedException ex) {
	    	ex.printStackTrace();
	    }
	    System.out.println("thread "+currentThreadName +" second read age is:"+this.student.getAge());
	     
 }
  
}
  

運行這個程序,屏幕輸出如下:
a is running!
b is running!
thread b set age to:33
thread b first? read age is:33
thread a set age to:81
thread a first? read age is:81
thread b second read age is:81
thread a second read age is:81

需要注意的是，線程a在同一個方法中，第一次讀取student的age值與第二次讀取值不一致。這就是出現(xiàn)了并發(fā)問題。

synchronized
上面的例子，我們模似了一個并發(fā)問題。Java提供了同步機制來解決并發(fā)問題。synchonzied關(guān)鍵字可以用來同步變量，方法，甚至同步一個代碼塊。
使用了同步后，一個線程正在訪問同步對象時，另外一個線程必須等待。
? Synchronized同步方法
現(xiàn)在我們可以對accessStudent方法實施同步。
public synchronized void? accessStudent()
再次運行程序，屏幕輸出如下：
a is running!
thread a set age to:49
thread a first? read age is:49
thread a second read age is:49
b is running!
thread b set age to:17
thread b first? read age is:17
thread b second read age is:17

加上了同步后，線程b必須等待線程a執(zhí)行完畢后，線程b才開始執(zhí)行。

對方法進行同步的代價是非常昂貴的。特別是當被同步的方法執(zhí)行一個冗長的操作。這個方法執(zhí)行會花費很長的時間,對這樣的方法進行同步可能會使系統(tǒng)性能成數(shù)量級的下降。

Synchronized同步塊
? 在accessStudent方法中，我們真實需要保護的是student變量，所以我們可以進行一個更細粒度的加鎖。我們僅僅對student相關(guān)的代碼塊進行同步。

    	    synchronized(this) {
	    Random random = new Random();
	    int age = random.nextInt(100);
	    System.out.println("thread "+currentThreadName +" set age to:"+age);
	   
	    this.student.setAge(age);
	   
	    System.out.println("thread "+currentThreadName+" first  read age is:"+this.student.getAge());
	    try {
	    Thread.sleep(5000);
	    }
	    catch(InterruptedException ex) {
	    	ex.printStackTrace();
	    }
	    }
  

運行方法后，屏幕輸出：
a is running!
thread a set age to:18
thread a first? read age is:18
b is running!
thread a second read age is:18
thread b set age to:62
thread b first? read age is:62
thread b second read age is:62

需要特別注意這個輸出結(jié)果。
這個執(zhí)行過程比上面的方法同步要快得多了。
只有對student進行訪問的代碼是同步的，而其它與部份代碼卻是異步的了。而student的值并沒有被錯誤的修改。如果是在一個真實的系統(tǒng)中，accessStudent方法的操作又比較耗時的情況下。使用同步的速度幾乎與沒有同步一樣快。

使用同步鎖
稍微把上面的例子改一下，在ThreadDemo中有一個私有變量count，。
?? private int count=0;
在accessStudent()中, 線程每訪問一次，count都自加一次, 用來記數(shù)線程訪問的次數(shù)。

    	    try {
	    this.count++;
	    Thread.sleep(5000);
	    }catch(InterruptedException ex) {
	    	ex.printStackTrace();
	    }
  

? 為了模擬線程，所以讓它每次自加后都睡眠5秒。
accessStuden()方法的完整代碼如下：

       	    String currentThreadName = Thread.currentThread().getName();
	    System.out.println(currentThreadName+" is running!");
			    try {
	    this.count++;
	    Thread.sleep(5000);
	    }catch(InterruptedException ex) {
	    	ex.printStackTrace();
	    }
		    System.out.println("thread "+currentThreadName+" read count:"+this.count);
	    
	   
	    synchronized(this) {
	    Random random = new Random();
	    int age = random.nextInt(100);
	    System.out.println("thread "+currentThreadName +" set age to:"+age);
	   
	    this.student.setAge(age);
	   
	    System.out.println("thread "+currentThreadName+" first  read age is:"+this.student.getAge());
	    try {
	    Thread.sleep(5000);
	    }
	    catch(InterruptedException ex) {
	    	ex.printStackTrace();
	    }
	    }
	    System.out.println("thread "+currentThreadName +" second read age is:"+this.student.getAge());
  

??? 運行程序后，屏幕輸出:
a is running!
b is running!
thread a read count:2
thread a set age to:49
thread a first? read age is:49
thread b read count:2
thread a second read age is:49
thread b set age to:7
thread b first? read age is:7
thread b second read age is:7

我們?nèi)匀粚tudent對象以synchronized(this)操作進行同步。
我們需要在兩個線程中共享count失敗。

所以仍然需要對count的訪問進行同步操作。

    		 synchronized(this) {
	    try {
	    this.count++;
	    Thread.sleep(5000);
	    }catch(InterruptedException ex) {
	    	ex.printStackTrace();
	    }
	    }
	    System.out.println("thread "+currentThreadName+" read count:"+this.count);
	    
	   
	    synchronized(this) {
	    Random random = new Random();
	    int age = random.nextInt(100);
	    System.out.println("thread "+currentThreadName +" set age to:"+age);
	   
	    this.student.setAge(age);
	   
	    System.out.println("thread "+currentThreadName+" first  read age is:"+this.student.getAge());
	    try {
	    Thread.sleep(5000);
	    }
	    catch(InterruptedException ex) {
	    	ex.printStackTrace();
	    }
	    }
	    System.out.println("thread "+currentThreadName +" second read age is:"+this.student.getAge());
	    long endTime = System.currentTimeMillis();
	    long spendTime = endTime - startTime;
	    System.out.println("花費時間："+spendTime +"毫秒");
  

程序運行后，屏幕輸出
a is running!
b is running!
thread a read count:1
thread a set age to:97
thread a first? read age is:97
thread a second read age is:97
花費時間：10015毫秒
thread b read count:2
thread b set age to:47
thread b first? read age is:47
thread b second read age is:47
花費時間：20124毫秒

我們在同一個方法中，多次使用synchronized(this)進行加鎖。有可能會導致太多額外的等待。
應(yīng)該使用不同的對象鎖進行同步。

設(shè)置兩個鎖對象，分別用于student和count的訪問加鎖。

     private Object studentLock = new Object();
private Object countLock = new Object();

accessStudent()方法如下：
	 long startTime = System.currentTimeMillis();
	    String currentThreadName = Thread.currentThread().getName();
	    System.out.println(currentThreadName+" is running!");
	   // System.out.println("first  read age is:"+this.student.getAge());

		 synchronized(countLock) {
	    try {
	    this.count++;
	    Thread.sleep(5000);
	    }catch(InterruptedException ex) {
	    	ex.printStackTrace();
	    }
	    }
	    System.out.println("thread "+currentThreadName+" read count:"+this.count);
	    
	   
	    synchronized(studentLock) {
	    Random random = new Random();
	    int age = random.nextInt(100);
	    System.out.println("thread "+currentThreadName +" set age to:"+age);
	   
	    this.student.setAge(age);
	   
	    System.out.println("thread "+currentThreadName+" first  read age is:"+this.student.getAge());
	    try {
	    Thread.sleep(5000);
	    }
	    catch(InterruptedException ex) {
	    	ex.printStackTrace();
	    }
	    }
	    System.out.println("thread "+currentThreadName +" second read age is:"+this.student.getAge());
	    long endTime = System.currentTimeMillis();
	    long spendTime = endTime - startTime;
	    System.out.println("花費時間："+spendTime +"毫秒");
  

這樣對count和student加上了兩把不同的鎖。

運行程序后，屏幕輸出：
a is running!
b is running!
thread a read count:1
thread a set age to:48
thread a first? read age is:48
thread a second read age is:48
花費時間：10016毫秒
thread b read count:2
thread b set age to:68
thread b first? read age is:68
thread b second read age is:68
花費時間：20046毫秒
與兩次使用synchronized(this)相比，使用不同的對象鎖，在性能上可以得到更大的提升。

由此可見synchronized是實現(xiàn)java的同步機制。同步機制是為了實現(xiàn)同步多線程對相同資源的并發(fā)訪問控制。保證多線程之間的通信。
可見，同步的主要目的是保證多線程間的數(shù)據(jù)共享。同步會帶來巨大的性能開銷，所以同步操作應(yīng)該是細粒度的。如果同步使用得當，帶來的性能開銷是微不足道的。使用同步真正的風險是復雜性和可能破壞資源安全,而不是性能。


ThreadLocal
由上面可以知道，使用同步是非常復雜的。并且同步會帶來性能的降低。Java提供了另外的一種方式，通過 ThreadLocal 可以很容易的編寫多線程程序。從字面上理解，很容易會把 ThreadLocal 誤解為一個線程的本地變量。其它 ThreadLocal 并不是代表當前線程， ThreadLocal 其實是采用哈希表的方式來為每個線程都提供一個變量的副本。從而保證各個線程間數(shù)據(jù)安全。每個線程的數(shù)據(jù)不會被另外線程訪問和破壞。

我們把第一個例子用 ThreadLocal 來實現(xiàn),但是我們需要些許改變。
Student并不是一個私有變量了，而是需要封裝在一個 ThreadLocal 對象中去。調(diào)用 ThreadLocal 的set方法， ThreadLocal 會為每一個線程都保持一份Student變量的副本。所以對student的讀取操作都是通過 ThreadLocal 來進行的。

    	protected Student getStudent() {
		Student student = (Student)studentLocal.get();
		if(student == null) {
			student = new Student();
			studentLocal.set(student);
		}
		return student;
	}
	
	protected void setStudent(Student student) {
		studentLocal.set(student);
	}
  

accessStudent()方法需要做一些改變。通過調(diào)用getStudent()方法來獲得當前線程的Student變量，如果當前線程不存在一個Student變量，getStudent方法會創(chuàng)建一個新的Student變量，并設(shè)置在當前線程中。
??? Student student = getStudent();
??? student.setAge(age);
accessStudent()方法中無需要任何同步代碼。

完整的代碼清單如下：
TreadLocalDemo.java

    public class TreadLocalDemo implements Runnable {
   private final static  
    
      
        ThreadLocal
      
    
     studentLocal = new 
    
      
        ThreadLocal
      
    
    ();
   
   public static void main(String[] agrs) {
	   TreadLocalDemo td = new TreadLocalDemo();
		 Thread t1 = new Thread(td,"a");
		 Thread t2 = new Thread(td,"b");
		
	    t1.start();
	    t2.start();
	   
	   


	  }
   
	/* (non-Javadoc)
	 * @see java.lang.Runnable#run()
	 */
	public void run() {
		 accessStudent();
	}

	public  void  accessStudent() {
		
	    String currentThreadName = Thread.currentThread().getName();
	    System.out.println(currentThreadName+" is running!");
	    Random random = new Random();
	    int age = random.nextInt(100);
	    System.out.println("thread "+currentThreadName +" set age to:"+age);
	    Student student = getStudent();
	    student.setAge(age);
	    System.out.println("thread "+currentThreadName+" first  read age is:"+student.getAge());
	    try {
	    Thread.sleep(5000);
	    }
	    catch(InterruptedException ex) {
	    	ex.printStackTrace();
	    }
	    System.out.println("thread "+currentThreadName +" second read age is:"+student.getAge());
	    
	}
	
	protected Student getStudent() {
		Student student = (Student)studentLocal.get();
		if(student == null) {
			student = new Student();
			studentLocal.set(student);
		}
		return student;
	}
	
	protected void setStudent(Student student) {
		studentLocal.set(student);
	}
}
  

運行程序后，屏幕輸出：
b is running!
thread b set age to:0
thread b first? read age is:0
a is running!
thread a set age to:17
thread a first? read age is:17
thread b second read age is:0
thread a second read age is:17

可見，使用 ThreadLocal 后，我們不需要任何同步代碼，卻能夠保證我們線程間數(shù)據(jù)的安全。
而且， ThreadLocal 的使用也非常的簡單。
我們僅僅需要使用它提供的兩個方法
void set(Object obj) 設(shè)置當前線程的變量的副本的值。
Object get() 返回當前線程的變量副本

另外 ThreadLocal 還有一個protected的initialValue()方法。返回變量副本在當前線程的初始值。默認為null

ThreadLocal 是怎么做到為每個線程都維護一個變量的副本的呢？
我們可以猜測到 ThreadLocal 的一個簡單實現(xiàn)

    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; 
　}
}
  

由此可見， ThreadLocal 通過一個Map來為每個線程都持有一個變量副本。這個map以當前線程為key。與synchronized相比， ThreadLocal 是以空間換時間的策略來實現(xiàn)多線程程序。

Synchronized還是 ThreadLocal ?
ThreadLocal 以空間換取時間，提供了一種非常簡便的多線程實現(xiàn)方式。因為多個線程并發(fā)訪問無需進行等待，所以使用 ThreadLocal 會獲得更大的性能。雖然使用 ThreadLocal 會帶來更多的內(nèi)存開銷，但這點開銷是微不足道的。因為保存在 ThreadLocal 中的對象，通常都是比較小的對象。另外使用 ThreadLocal 不能使用原子類型，只能使用Object類型。 ThreadLocal 的使用比synchronized要簡單得多。
ThreadLocal 和Synchonized都用于解決多線程并發(fā)訪問。但是 ThreadLocal 與synchronized有本質(zhì)的區(qū)別。synchronized是利用鎖的機制，使變量或代碼塊在某一時該只能被一個線程訪問。而 ThreadLocal 為每一個線程都提供了變量的副本，使得每個線程在某一時間訪問到的并不是同一個對象，這樣就隔離了多個線程對數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)共享。而Synchronized卻正好相反，它用于在多個線程間通信時能夠獲得數(shù)據(jù)共享。
Synchronized用于線程間的數(shù)據(jù)共享，而 ThreadLocal 則用于線程間的數(shù)據(jù)隔離。
當然 ThreadLocal 并不能替代synchronized,它們處理不同的問題域。Synchronized用于實現(xiàn)同步機制，比 ThreadLocal 更加復雜。

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http://klyuan.iteye.com/blog/81936

ThreadLocal與synchronized