共享資料是並發程序最關鍵的特性之一。對於無論是繼承Thread類別的對象,或是實作Runnable介面的對象,這都是一個非常週的重要面向。
如果建立了實作Runnable介面的類別的對象,並使用該對象啟動了一系列的線程,則所有這些線程共用相同的屬性。換句話說,如果一個執行緒修改了一個屬性,則其餘所有執行緒都會受此變更的影響。
有時,我們更希望能在執行緒內單獨使用,而不和其他使用相同物件啟動的執行緒共享。 Java並發介面提供了一種很清晰的機制來滿足此需求,該機制稱為本地線程變數。該機制的性能也非常可觀。
知其然
請依照下面所示步驟,完成範例程式。
1.首先,實作一個有上述問題的程序。建立一個名為UnsafeTask的類,並且實作Runnable介面。在類別中宣告一個java.util.Date類型的私有屬性。程式碼如下:
複製代碼代碼如下:
public class UnsafeTask implements Runnable {
private Date startDate;
2.實作UnsafeTask的run()方法,該方法實例化startDate屬性,並將其值輸出到控制台上。休眠隨機一段時間,然後再次將startDate屬性的值輸出到控制台上。程式碼如下:
複製代碼代碼如下:
@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.實作問題程序的主類別。建立一個帶有main()方法的類,UnsafeMain。在main()方法中,建立一個UnsafeTask對象,並使用該物件來建立10個Thread對象,來啟動10個執行緒。在每個執行緒中間,休眠2秒鐘。程式碼如下:
複製代碼代碼如下:
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.從上面的邏輯來看,每個執行緒都有一個不同的啟動時間。但是,根據下面的輸出日誌來看,出現了很多相同的時間值。如下:
複製代碼代碼如下:
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,我們準備好使用本地線程變數(the thread-local variables)機制來解決這個問題。
6.創建一個名為SafeTask的類,並且實作Runnable介面。程式碼如下:
複製代碼代碼如下:
public class SafeTask implements Runnable {
7.宣告一個ThreadLocal<Date>類型的對象,當物件實例化時,重寫了initialValue()方法,在該方法中傳回實際的日期值。程式碼如下:
複製代碼代碼如下:
private static ThreadLocal<Date> startDate = new
ThreadLocal<Date>() {
@Override
protected Date initialValue() {
return new Date();
}
};
8.實作SafeTask類別的run()方法。方法和UnsafeTask的run()方法一樣,只是startDate屬性的方法方式稍微調整一下。程式碼如下:
複製代碼代碼如下:
@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.此安全性範例的主類別和非安全程式的主類別基本上相同,只是需要將UnsafeTask修改為SafeTask即可。具體代碼如下:
複製代碼代碼如下:
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.執行程序,分析兩次輸入的差異。
為了規範類別的命名,本文中主類別的命名和原文稍有不同。另外,原文程式和文字敘述不一致。應該是個筆誤。
知其所以然
下面是安全性範例的執行結果。從結果中,可以很容易看出,每個執行緒都有一個屬於各自執行緒的startDate屬性值。程式輸入如下:
複製代碼代碼如下:
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
線程本地變數為每個線程儲存了一個屬性的副本。可以使用ThreadLocal的get()方法來取得變數的值,使用set()方法設定變數的值。如果第一次存取執行緒本地變量,且該變數尚未賦值,則呼叫initialValue()方法為每個執行緒初始化一個值。
永無止境
ThreadLocal類別也提供了remove()方法,來刪掉在呼叫該方法的執行緒中儲存的本機變數值。
另外,Java並發API也提供了InheritableThreadLocal類,讓子執行緒可以接收所有可繼承的執行緒局部變數的初始值,以獲得父執行緒所具有的值。如果線程A有一個線程本地變量,當線程A創建線程B時,則線程B將擁有和線程A一樣的線程本地變量。也可以重寫childValue(),來初始化子執行緒的執行緒本地變數。該方法將接受從父線程以參數形式傳遞過來的線程本地變數的值。
拿來主義
本文是從《Java 7 Concurrency Cookbook》 (D瓜哥竊譯為《Java7並發範例集》 )翻譯而來,僅作為學習資料使用。沒有授權,不得用於任何商業行為。
小有所成
以下是本節範例所包含的所有程式碼的完整版。
UnsafeTask類別的完整程式碼:
複製代碼代碼如下:
package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 不能保證線程安全的例子
* 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類別的完整程式碼:
複製代碼代碼如下:
package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 不安全的線程範例
* 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類別的完整程式碼:
複製代碼代碼如下:
package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 使用線程本地變數保證線程安全
* 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類別的完整程式碼:
複製代碼代碼如下:
package com.diguage.books.concurrencycookbook.chapter1.recipe9;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 安全的線程範例
* 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();
}
}
}
}