线程同步是进行多线程编程时所必须考虑的一个问题。之所以要进行同步，是因为多个线程需要访问共享资源，典型的是共享内存数据。如果能为每个线程提供一份需要共享的数据的copy，那么对该数据的访问也就没有必要进行同步了。Thread Local Storage就是能够达到这个目的的一个多线程设计模式。Thread Local Storage，顾名思义，就是“线程本地数据”，指每个线程拥有各自独立的数据拷贝。Thread Local Storage还有另外一些称呼：Thread Specific Storage，Thread Specific Data等。
Java类库中的ThreadLocal类就是该模式的一个实现。在该类的api文档中有如此说明：ThreadLocal类型的变量不同于普通变量，每个访问它的线程都有一份各自独立初始化的copy，对它的访问是通过get/set方法实现的。ThreadLocal实例典型情况下是类的private static字段。
下面一段程序使用了ThreadLocal类。这个程序假定用于对网站的访问日志进行某种处理，如果有N个日志文件需要处理，就启动N个线程，需要记录处理每个日志文件所花费的时间。
public class LogStats {
private static final ThreadLocal<String> logFile = new ThreadLocal<String>();
private static final ThreadLocal<Long> startTime = new ThreadLocal<Long>();
public static void init(String logFileName) {
logFile.set(logFileName);
startTime.set(System.currentTimeMillis());
}
public static void process() {
open(logFile.get());
readAndProcessEachRecord();
long time = System.currentTimeMillis() - startTime .get();
System.out.println(logFile.get() + " processed: " + time + "ms.");
}
public static void main(String[] args) {
for (final String logFileName : args) {
new Thread() {
public void run() {
LogStats.init(logFileName);
LogStats.process();
}
}.start();
}
}
}
为简明起见，省略了部分代码。执行这个程序，可能会产生如下输出结果：
java LogStats access.log.1 access.log.2 access.log.3
access.log.1 processed: 1294538ms
access.log.2 processed: 1265327ms
access.log.3 processed: 1189563ms
在get/set方法被调用时，ThreadLocal能根据执行的上下文（即Thread.currentThread()）确定变量的值。
从外观上看，ThreadLocal类似一个HashMap，其键相当于Thread.currentThread()，值为线程的变量值。据此实现一个自定义版本的ThreadLocal类型是比较直接的：
public class CustomizedThreadLocal<T> {
private Map<Thread,T> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<Thread,T>());
protected T initialValue () {
return null;
}
public T get() {
if (!map.containsKey(Thread.currentThread())) {
map.put(Thread.currentThread(), initialValue());
}
return map.get(Thread.currentThread());
}
public void set(T value) {
map.put(Thread.currentThread(), value);
}
public void remove() {
map.remove(Thread.currentThread());
}
}
可以使用CustomizedThreadLocal来代替LogStats中的ThreadLocal的功能，当然效率上可能会有所差别。
在LogStats代码中，对logFile和startTime的访问没有进行显式的同步。但这并不意味着使用Thread Local Storage模式时，可以完全消除同步，只不过是在应用层代码中可以不进行同步。在ThreadLocal的内部，线程同步可能发生在对各线程变量值的访问时，就像在CustomizedThreadLocal中所做的一样(通过sychronizedMap达到同步)。查看Java类库的ThreadLocal的源码发现，对ThreadLocal的访问是这样的：JVM为每个Thread维护一个该线程独有变量的Map，称为ThreadLocalMap，这是通过本地代码（native方法）来实现的，当访问ThreadLocal时，根据ThreadLocal实例的Hash值在当前线程的ThreadLocalMap中查找对应的变量值，而一个线程对其自身的ThreadLocalMap的访问必然是单线程的而无须同步。不过在本地代码中，JVM底层可能会施加某些同步措施。
LogStats的代码只是为了演示ThreadLocal的使用，并不是良好的OO设计风格。这里使用ThreadLocal仅只是记录执行时间，没有什么实际意义，似乎完全没有必要。但是考虑在一个更大的应用程序范围内，线程的执行可能会跨越很深的代码层次结构，比如在一个基于servlet的web应用中处理用户请求的线程，要使某些变量在线程执行期间对相距甚远的两部分代码可见，除了在每个方法调用处将变量作为参数传递（这显然是一种很令人头疼的做法），另一个选择就是使用ThreadLocal静态变量。
ThreadLocal变量是和线程绑定的，而不是和任务绑定。忽视这点，可能会造成一些意想不到的问题。在线程池模式中，一个线程会被多次用来执行不同的任务，比如在servlet中，是采用线程池来为用户请求服务(这里的任务是用户请求)：当一个http请求到达时，servlet容器会从线程池中取出一个空闲线程处理请求，处理完毕，再将线程放回线程池，以便可以继续为后续的请求服务。我曾在一次开发过程中，遇到因ThreadLocal使用不当造成的问题。
具体情况是这样的：当用户访问我们的网站服务（服务端是基于servlet）时，需要针对来自某种类型的用户终端的请求进行特殊处理，给出不同的响应。在服务端代码中，很多不同的模块都要对该终端类型进行判断，因此，我使用Filter，在处理请求之前，识别出该终端类型并保存在ThreadLocal静态变量中，以便其它模块直接使用。代码大体如下：
public class UserAgentFilter implements Filter {
public static final ThreadLocal<Boolean> specialUA = new ThreadLocal<Boolean>() {
protected Boolean initialValue() {
return false;
}
};
public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) {
if (isSpecialUserAgent(request)) { //////1//////
specialUA.set(true);
}
}
}
这段功能上线后，通过对访问日志的分析发现，对一部分原本不是该类型的终端请求也进行了特殊处理。造成这种现象的原因是：第一次，当一个来自特殊终端的请求到达时，在1处条件判断为真，从而将specialUA的值设置为true，当请求处理结束时，处理该请求的线程被放入线程池。第二次，当一个普通终端的请求到达时，线程池中的一个空闲线程被选中来为该请求服务，选中的线程碰巧是第一次的请求处理线程，而此时在1处条件判断为假，specialUA的值在此次请求中未被设置，但却仍然为true。因为ThreadLocal变量的值是该线程在处理第一次请求时被设置的。
对该问题的解决方法是：在请求处理结束时，线程被放入线程池之前，将specialUA的值设置为默认值（false），或者在每次请求开始时都重新设置该值：
......
if (isSpecialUserAgent(request)) { //////1//////
specialUA.set(true);
} else {
specialUA.set(false);
}
......
Thread Local Storage是一种很有用的多线程设计模式，特别是在将单线程程序改为多线程时。Java中的ThreadLocal类是该模式的一个实现。ThreadLocal变量值是和线程绑定的，不是和任务绑定。当ThreadLocal（或Thread Local Storage模式）和线程池模式一起使用时，一定要在任务开始或结束之时，将ThreadLocal变量设置为默认值，以防出现不可预料的问题。
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