Java并发编程示例(九)：本地线程变量的使用
共享数据是并发程序最关键的特性之一。对于无论是继承Thread类的对象，还是实现Runnable接口的对象，这都是一个非常周重要的方面。
如果创建了一个实现Runnable接口的类的对象，并使用该对象启动了一系列的线程，则所有这些线程共享相同的属性。换句话说，如果一个线程修改了一个属性，则其余所有线程都会受此改变的影响。
有时，我们更希望能在线程内单独使用，而不和其他使用同一对象启动的线程共享。Java并发接口提供了一种很清晰的机制来满足此需求，该机制称为本地线程变量。该机制的性能也非常可观。
知其然
按照下面所示步骤，完成示例程序。
1.首先，实现一个有上述问题的程序。创建一个名为UnsafeTask的类，并且实现Runnable接口。在类中声明一个java.util.Date类型的私有属性。代码如下：
public class UnsafeTask implements Runnable {
private Date startDate;
2.实现UnsafeTask的run()方法，该方法实例化startDate属性，并将其值输出到控制台上。休眠随机一段时间，然后再次将startDate属性的值输出到控制台上。代码如下：
@Override
public void run() {
startDate = new Date();
System.out.printf("Starting Thread: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate);
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep((int) Math.rint(Math.random() * 10));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("Thread Finished: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate);
}
3.实现问题程序的主类。创建一个带有main()方法的类，UnsafeMain。在main()方法中，创建一个UnsafeTask对象，并使用该对象来创建10个Thread对象，来启动10个线程。在每个线程中间，休眠2秒钟。代码如下：
public class UnsafeMain {
public static void main(String[] args) {
UnsafeTask task = new UnsafeTask();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Thread thread = new Thread(task);
thread.start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
4.从上面的逻辑来看，每个线程都有一个不同的启动时间。但是，根据下面的输出日志来看，出现了好多相同的时间值。如下：
Starting Thread: 9 : Sun Sep 29 23:31:08 CST 2013
Starting Thread: 10 : Sun Sep 29 23:31:10 CST 2013
Starting Thread: 11 : Sun Sep 29 23:31:12 CST 2013
Starting Thread: 12 : Sun Sep 29 23:31:14 CST 2013
Thread Finished: 9 : Sun Sep 29 23:31:14 CST 2013
Starting Thread: 13 : Sun Sep 29 23:31:16 CST 2013
Thread Finished: 10 : Sun Sep 29 23:31:16 CST 2013
Starting Thread: 14 : Sun Sep 29 23:31:18 CST 2013
Thread Finished: 11 : Sun Sep 29 23:31:18 CST 2013
Starting Thread: 15 : Sun Sep 29 23:31:20 CST 2013
Thread Finished: 12 : Sun Sep 29 23:31:20 CST 2013
Starting Thread: 16 : Sun Sep 29 23:31:22 CST 2013
Starting Thread: 17 : Sun Sep 29 23:31:24 CST 2013
Thread Finished: 17 : Sun Sep 29 23:31:24 CST 2013
Thread Finished: 15 : Sun Sep 29 23:31:24 CST 2013
Thread Finished: 13 : Sun Sep 29 23:31:24 CST 2013
Starting Thread: 18 : Sun Sep 29 23:31:26 CST 2013
Thread Finished: 14 : Sun Sep 29 23:31:26 CST 2013
Thread Finished: 18 : Sun Sep 29 23:31:26 CST 2013
Thread Finished: 16 : Sun Sep 29 23:31:26 CST 2013
5.如前文所示，我们准备使用本地线程变量（the thread-local variables）机制来解决这个问题。
6.创建一个名为SafeTask的类，并且实现Runnable接口。代码如下：
public class SafeTask implements Runnable {
7.声明一个ThreadLocal<Date>类型的对象，该对象实例化时，重写了initialValue()方法，在该方法中返回实际的日期值。代码如下：
private static ThreadLocal<Date> startDate = new
ThreadLocal<Date>() {
@Override
protected Date initialValue() {
return new Date();
}
};
8.实现SafeTask类的run()方法。该方法和UnsafeTask的run()方法一样，只是startDate属性的方法方式稍微调整一下。代码如下：
@Override
public void run() {
System.out.printf("Starting Thread: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate.get());
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep((int) Math.rint(Math.random() * 10));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("Thread Finished: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate.get());
}
9.该安全示例的主类和非安全程序的主类基本相同，只是需要将UnsafeTask修改为SafeTask即可。具体代码如下：
public class SafeMain {
public static void main(String[] args) {
SafeTask task = new SafeTask();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Thread thread = new Thread(task);
thread.start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
10.运行程序，分析两次输入的不同之处。
为了规范类的命名，本文中主类的命名和原文稍有不同。另外，原文程序和文字叙述不一致。应该是一个笔误。
知其所以然
下面是安全示例的执行结果。从结果中，可以很容易地看出，每个线程都有一个属于各自线程的startDate属性值。程序输入如下：
Starting Thread: 9 : Sun Sep 29 23:52:17 CST 2013
Starting Thread: 10 : Sun Sep 29 23:52:19 CST 2013
Starting Thread: 11 : Sun Sep 29 23:52:21 CST 2013
Thread Finished: 10 : Sun Sep 29 23:52:19 CST 2013
Starting Thread: 12 : Sun Sep 29 23:52:23 CST 2013
Thread Finished: 11 : Sun Sep 29 23:52:21 CST 2013
Starting Thread: 13 : Sun Sep 29 23:52:25 CST 2013
Thread Finished: 9 : Sun Sep 29 23:52:17 CST 2013
Starting Thread: 14 : Sun Sep 29 23:52:27 CST 2013
Starting Thread: 15 : Sun Sep 29 23:52:29 CST 2013
Thread Finished: 13 : Sun Sep 29 23:52:25 CST 2013
Starting Thread: 16 : Sun Sep 29 23:52:31 CST 2013
Thread Finished: 14 : Sun Sep 29 23:52:27 CST 2013
Starting Thread: 17 : Sun Sep 29 23:52:33 CST 2013
Thread Finished: 12 : Sun Sep 29 23:52:23 CST 2013
Thread Finished: 16 : Sun Sep 29 23:52:31 CST 2013
Thread Finished: 15 : Sun Sep 29 23:52:29 CST 2013
Starting Thread: 18 : Sun Sep 29 23:52:35 CST 2013
Thread Finished: 17 : Sun Sep 29 23:52:33 CST 2013
Thread Finished: 18 : Sun Sep 29 23:52:35 CST 2013
线程本地变量为每个线程存储了一个属性的副本。可以使用ThreadLocal的get()方法获取变量的值，使用set()方法设置变量的值。如果第一次访问线程本地变量，并且该变量还没有赋值，则调用initialValue()方法为每个线程初始化一个值。
永无止境
ThreadLocal类还提供了remove()方法，来删掉调用该方法的线程中存储的本地变量值。
另外，Java并发API还提供了InheritableThreadLocal类，让子线程可以接收所有可继承的线程局部变量的初始值，以获得父线程所具有的值。如果线程A有一个线程本地变量，当线程A创建线程B时，则线程B将拥有和线程A一样的线程本地变量。还可以重写childValue()，来初始化子线程的线程本地变量。该方法将接受从父线程以参数形式传递过来的线程本地变量的值。
拿来主义
本文是从 《Java 7 Concurrency Cookbook》 （D瓜哥窃译为 《Java7并发示例集》 ）翻译而来，仅作为学习资料使用。没有授权，不得用于任何商业行为。
小有所成
下面是本节示例所包含的所有代码的完整版。
UnsafeTask类的完整代码：
package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 不能保证线程安全的例子
* Date: 2013-09-23
* Time: 23:58
*/
public class UnsafeTask implements Runnable {
private Date startDate;
@Override
public void run() {
startDate = new Date();
System.out.printf("Starting Thread: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate);
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep((int) Math.rint(Math.random() * 10));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("Thread Finished: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate);
}
}
UnsafeMain类的完整代码：
package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 不安全的线程示例
* Date: 2013-09-24
* Time: 00:04
*/
public class UnsafeMain {
public static void main(String[] args) {
UnsafeTask task = new UnsafeTask();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Thread thread = new Thread(task);
thread.start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
SafeTask类的完整代码：
package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 使用线程本地变量保证线程安全
* Date: 2013-09-29
* Time: 23:34
*/
public class SafeTask implements Runnable {
private static ThreadLocal<Date> startDate = new
ThreadLocal<Date>() {
@Override
protected Date initialValue() {
return new Date();
}
};
@Override
public void run() {
System.out.printf("Starting Thread: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate.get());
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep((int) Math.rint(Math.random() * 10));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.printf("Thread Finished: %s : %s\n",
Thread.currentThread().getId(), startDate.get());
}
}
SafeMain类的完整代码：
package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 安全的线程示例
* Date: 2013-09-24
* Time: 00:04
*/
public class SafeMain {
public static void main(String[] args) {
SafeTask task = new SafeTask();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Thread thread = new Thread(task);
thread.start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}