Java多線程——線程范圍內共享變量和ThreadLocal

多個線程訪問共享對象和數據的方式

　　1.如果每個線程執行的代碼相同，可以使用同一個Runnable對象，這個Runnable對象中有那個共享數據，例如，買票系統就可以這么做。

package java_thread;
//=================================================
// File Name       :	Runnable_demo2
//------------------------------------------------------------------------------
// Author          :	Common


class MyThread_2 implements Runnable{
	private int ticket = 5;	
	
	@Override
	public void run() {								//覆寫Thread類中的run()方法
		// TODO 自動生成的方法存根
		for (int i=0;i<10;i++){
			synchronized (this) {					//設置需要同步的操作
				if(ticket>0){
					try{
						Thread.sleep(300);
					}catch(InterruptedException e){
						e.printStackTrace();
					}
					System.out.println("賣票：ticket="+ticket--);
				}
			}
//			this.sale();												//調用同步方法
		}
	}
	
//	public synchronized void sale(){			//聲明同步方法
//		if(ticket>0){
//			try{
//				Thread.sleep(300);
//			}catch(InterruptedException e){
//				e.printStackTrace();
//			}
//			System.out.println("賣票：ticket="+ticket--);
//		}
//	}
	
}



//主類
//Function        : 	Thread_demo2
public class Runnable_demo2 {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO 自動生成的方法存根
		MyThread_2 mt = new MyThread_2();	//實例化Runnable子類對象
		Thread t1 = new Thread(mt);							//實例化Thread類對象
		Thread t2 = new Thread(mt);							//實例化Thread類對象
		Thread t3 = new Thread(mt);							//實例化Thread類對象
		t1.start();																	//啟動線程
		t2.start();																	//啟動線程
		t3.start();																	//啟動線程
	}

}

 

　　2.如果每個線程執行的代碼不同，這時候需要用不同的Runnable對象，有如下兩種方式來實現這些Runnable對象之間的數據共享：

　　　　方法1：將共享數據封裝在另外一個對象中，然后將這個對象逐一傳遞給各個Runnable對象。每個線程對共享數據的操作方法也分配到那個對象身上去完成，這樣容易實現針對該數據進行的各個操作的互斥和通信。

 

package java_thread;

public class MultiThreadShareData {			//多線程賣票，一個加，一個減

	//private static ShareData1 data1 = new ShareData1();
	
	public static void main(String[] args) {
		ShareData1 data2 = new ShareData1();
		new Thread(new MyRunnable1(data2)).start();
		new Thread(new MyRunnable2(data2)).start();
		
		final ShareData1 data1 = new ShareData1();
		new Thread(new Runnable(){
			@Override
			public void run() {
				data1.decrement();
				
			}
		}).start();
		new Thread(new Runnable(){
			@Override
			public void run() {
				data1.increment();
				
			}
		}).start();

	}

}
	
	class MyRunnable1 implements Runnable{		//線程1
		private ShareData1 data1;
		public MyRunnable1(ShareData1 data1){
			this.data1 = data1;
		}
		public void run() {
			data1.decrement();
			
		}
	}
	
	class MyRunnable2 implements Runnable{		//線程2
		private ShareData1 data1;
		public MyRunnable2(ShareData1 data1){
			this.data1 = data1;
		}
		public void run() {
			data1.increment();
		}
	}

	class ShareData1 /*implements Runnable*/{　　//共享對象
/*		private int count = 100;
		@Override
		public void run() {
			// TODO Auto-generated method stub
			while(true){
				count--;
			}
		}*/
		
		private int j = 0;
		public synchronized void increment(){
			j++;
		}
		
		public synchronized void decrement(){
			j--;
		}
	}

 

　　　　方法2：將這些Runnable對象作為某一個類中的內部類，共享數據作為這個外部類中的成員變量，每個線程對共享數據的操作方法也分配給外部類，以便實現對共享數據進行的各個操作的互斥和通信，作為內部類的各個Runnable對象調用外部類的這些方法。

 

package java_thread;

//設計 4 個線程,其中兩個線程每次對 j 增加 1,另外兩個線程對 j 每次減少 1
public class ThreadTest1{
	
	private int j;
	public static void main(String args[]){
		ThreadTest1 tt=new ThreadTest1();
		Inc inc=tt.new Inc();
		Dec dec=tt.new Dec();
		for(int i=0;i<2;i++){
			Thread t=new Thread(inc);
			t.start();
			t=new Thread(dec);
			t.start();
		}
	}
	
	private synchronized void inc(){
		j++;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-inc:"+j);
	}
	
	private synchronized void dec(){
		j--;
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-dec:"+j);
	}
	
	class Inc implements Runnable{		//線程1
		public void run(){
			for(int i=0;i<5;i++){
				inc();
			}
		}
	}
	
	class Dec implements Runnable{		//線程2
		public void run(){
			for(int i=0;i<5;i++){
				dec();
			}
		}
	}
	
}

 

　　　　上面兩種方式的組合：將共享數據封裝在另外一個對象中，每個線程對共享數據的操作方法也分配到那個對象身上去完成，對象作為這個外部類中的成員變量或方法中的局部變量，每個線程的Runnable對象作為外部類中的成員內部類或局部內部類。

　　　　總之，要同步互斥的幾段代碼最好是分別放在幾個獨立的方法中，這些方法再放在同一個類中，這樣比較容易實現它們之間的同步互斥和通信。

　　3.極端且簡單的方式，即在任意一個類中定義一個static的變量，這將被所有線程共享。

 

package java_thread;

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

public class ThreadScopeShareData {

	private static int data = 0;
	private static Map<Thread, Integer> threadData = new HashMap<Thread, Integer>();
	public static void main(String[] args) {
		for(int i=0;i<2;i++){
			new Thread(new Runnable(){
				@Override
				public void run() {
					int data = new Random().nextInt();
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has put data :" + data);
					threadData.put(Thread.currentThread(), data);
					new A().get();
					new B().get();
				}
			}).start();
		}
	}
	
	static class A{
		public void get(){
			int data = threadData.get(Thread.currentThread());
			System.out.println("A from " + Thread.currentThread().getName() + " get data :" + data);
		}
	}
	
	static class B{
		public void get(){
			int data = threadData.get(Thread.currentThread());			
			System.out.println("B from " + Thread.currentThread().getName() + " get data :" + data);
		}		
	}
}

 

 

ThreadLocal實現線程范圍的共享變量，ThreadLocal類就相當於一個Map

見下頁的示意圖和輔助代碼解釋ThreadLocal的作用和目的：

　　1.用於實現線程內的數據共享，即對於相同的程序代碼，多個模塊在同一個線程中運行時要共享一份數據，而在另外線程中運行時又共享另外一份數據。

　　2.每個線程調用全局ThreadLocal對象的set方法，就相當於往其內部的map中增加一條記錄，key分別是各自的線程，value是各自的set方法傳進去的值。在線程結束時可以調用ThreadLocal.clear()方法，這樣會更快釋放內存，不調用也可以，因為線程結束后也可以自動釋放相關的ThreadLocal變量。

ThreadLocal的應用場景：

　　1、訂單處理包含一系列操作：減少庫存量、增加一條流水台賬、修改總賬，這幾個操作要在同一個事務中完成，通常也即同一個線程中進行處理，如果累加公司應收款的操作失敗了，則應該把前面的操作回滾，否則，提交所有操作，這要求這些操作使用相同的數據庫連接對象，而這些操作的代碼分別位於不同的模塊類中。 

　　2、銀行轉賬包含一系列操作： 把轉出帳戶的余額減少，把轉入帳戶的余額增加，這兩個操作要在同一個事務中完成，它們必須使用相同的數據庫連接對象，轉入和轉出操作的代碼分別是兩個不同的帳戶對象的方法。

　　3、例如Strut2的ActionContext，同一段代碼被不同的線程調用運行時，該代碼操作的數據是每個線程各自的狀態和數據，對於不同的線程來說，getContext方法拿到的對象都不相同，對同一個線程來說，不管調用getContext方法多少次和在哪個模塊中getContext方法，拿到的都是同一個。

 

實驗案例：定義一個全局共享的ThreadLocal變量，然后啟動多個線程向該ThreadLocal變量中存儲一個隨機值，接着各個線程調用另外其他多個類的方法，這多個類的方法中讀取這個ThreadLocal變量的值，就可以看到多個類在同一個線程中共享同一份數據。

實現對ThreadLocal變量的封裝，讓外界不要直接操作ThreadLocal變量。

　　對基本類型的數據的封裝，這種應用相對很少見。

　　對對象類型的數據的封裝，比較常見，即讓某個類針對不同線程分別創建一個獨立的實例對象。

package java_thread;

import java.util.Random;

public class ThreadLocalTest {

	private static ThreadLocal<Integer> x = new ThreadLocal<Integer>();
	public static void main(String[] args) {
		for(int i=0;i<2;i++){
			new Thread(new Runnable(){
				@Override
				public void run() {
					int data = new Random().nextInt();
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
							+ " has put data :" + data);
					x.set(data);     //存放與當前線程有關的數據
					new A().get();
					new B().get();
				}
			}).start();
		}
	}
	
	static class A{
		public void get(){
			int data = x.get();
			System.out.println("A from " + Thread.currentThread().getName() 
					+ " get data :" + data);
		}
	}
	
	static class B{
		public void get(){
			int data = x.get();			
			System.out.println("B from " + Thread.currentThread().getName() 
					+ " get data :" + data);		
		}		
	}
}

 

 

使用ThreadLocal實現在線程范圍內共享變量

package java_thread;

import java.util.Random;

public class ThreadLocalTest {

	private static ThreadLocal<Integer> x = new ThreadLocal<Integer>();
	//private static ThreadLocal<MyThreadScopeData> myThreadScopeData = new ThreadLocal<MyThreadScopeData>();
	public static void main(String[] args) {
		for(int i=0;i<2;i++){
			new Thread(new Runnable(){
				@Override
				public void run() {
					int data = new Random().nextInt();
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() 
							+ " has put data :" + data);
					x.set(data);				//存放與當前線程有關的數據
/*					MyThreadScopeData myData = new MyThreadScopeData();
					myData.setName("name" + data);
					myData.setAge(data);
					myThreadScopeData.set(myData);*/
					MyThreadScopeData.getThreadInstance().setName("name" + data);
					MyThreadScopeData.getThreadInstance().setAge(data);
					new A().get();
					new B().get();
				}
			}).start();
		}
	}
	
	static class A{
		public void get(){
			int data = x.get();
			System.out.println("A from " + Thread.currentThread().getName() 
					+ " get data :" + data);
/*			MyThreadScopeData myData = myThreadScopeData.get();;
			System.out.println("A from " + Thread.currentThread().getName() 
					+ " getMyData: " + myData.getName() + "," +
					myData.getAge());*/
			MyThreadScopeData myData = MyThreadScopeData.getThreadInstance();
			System.out.println("A from " + Thread.currentThread().getName() 
					+ " getMyData: " + myData.getName() + "," +
					myData.getAge());
		}
	}
	
	static class B{
		public void get(){
			int data = x.get();			
			System.out.println("B from " + Thread.currentThread().getName() + " get data :" + data);
			MyThreadScopeData myData = MyThreadScopeData.getThreadInstance();
			System.out.println("B from " + Thread.currentThread().getName() 
					+ " getMyData: " + myData.getName() + "," +
					myData.getAge());			
		}		
	}
}

class MyThreadScopeData{
	private MyThreadScopeData(){}				//構造方法私有化
	public static /*synchronized*/ MyThreadScopeData getThreadInstance(){
		MyThreadScopeData instance = map.get();		//通過map來判斷有沒有其他線程生成實例對象，如果沒有就創建，所以不需要加入synchronized
		if(instance == null){
			instance = new MyThreadScopeData();
			map.set(instance);
		}
		return instance;
	}
	//private static MyThreadScopeData instance = null;//new MyThreadScopeData();
	private static ThreadLocal<MyThreadScopeData> map = new ThreadLocal<MyThreadScopeData>();//把ThreadLocal封裝在一個類的內部
	
	private String name;
	private int age;
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public int getAge() {
		return age;
	}
	public void setAge(int age) {
		this.age = age;
	}
}