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 {
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(); } } } }