Java面试必问之ThreadLocal终极篇分享

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：IT

前言

在面试环节中，考察"ThreadLocal"也是面试官的家常便饭，所以对它理解透彻，是非常有必要的.

有些面试官会开门见山的提问：

  • “知道ThreadLocal吗？”

  • “讲讲你对ThreadLocal的理解”

当然了，也有面试官会慢慢引导到这个话题上，比如提问“在多线程环境下，如何防止自己的变量被其它线程篡改”，将主动权交给你自己，剩下的靠自己发挥。

那么ThreadLocal可以做什么，在了解它的应用场景之前，我们先看看它的实现原理，只有知道了实现原理，才好判断它是否符合自己的业务场景。

ThreadLocal是什么

首先，它是一个数据结构，有点像HashMap，可以保存"key : value"键值对，但是一个ThreadLocal只能保存一个，并且各个线程的数据互不干扰。

ThreadLocal<String> localName = new ThreadLocal();
localName.set("占小狼");
String name = localName.get();

在线程1中初始化了一个ThreadLocal对象localName，并通过set方法，保存了一个值占小狼，同时在线程1中通过localName.get()可以拿到之前设置的值，但是如果在线程2中，拿到的将是一个null。

这是为什么，如何实现？不过之前也说了，ThreadLocal保证了各个线程的数据互不干扰。

看看set(T value)和get()方法的源码

 public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}
public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

可以发现，每个线程中都有一个ThreadLocalMap数据结构，当执行set方法时，其值是保存在当前线程的threadLocals变量中，当执行set方法中，是从当前线程的threadLocals变量获取。

所以在线程1中set的值，对线程2来说是摸不到的，而且在线程2中重新set的话，也不会影响到线程1中的值，保证了线程之间不会相互干扰。

那每个线程中的ThreadLoalMap究竟是什么？

ThreadLoalMap

本文分析的是1.7的源码。

从名字上看，可以猜到它也是一个类似HashMap的数据结构，但是在ThreadLocal中，并没实现Map接口。

在ThreadLoalMap中，也是初始化一个大小16的Entry数组，Entry对象用来保存每一个key-value键值对，只不过这里的key永远都是ThreadLocal对象，是不是很神奇，通过ThreadLocal对象的set方法，结果把ThreadLocal对象自己当做key，放进了ThreadLoalMap中。

这里需要注意的是，ThreadLoalMap的Entry是继承WeakReference，和HashMap很大的区别是，Entry中没有next字段，所以就不存在链表的情况了。

hash冲突

没有链表结构，那发生hash冲突了怎么办？

先看看ThreadLoalMap中插入一个key-value的实现

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
    for (Entry e = tab[i];
         e != null;
         e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
        ThreadLocal<?> k = e.get();
        if (k == key) {
            e.value = value;
            return;
        }
        if (k == null) {
            replaceStaleEntry(key, value, i);
            return;
        }
    }
    tab[i] = new Entry(key, value);
    int sz = ++size;
    if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
        rehash();
}

每个ThreadLocal对象都有一个hash值threadLocalHashCode，每初始化一个ThreadLocal对象，hash值就增加一个固定的大小0x61c88647。

在插入过程中，根据ThreadLocal对象的hash值，定位到table中的位置i，过程如下：

1、如果当前位置是空的，那么正好，就初始化一个Entry对象放在位置i上；

2、不巧，位置i已经有Entry对象了，如果这个Entry对象的key正好是即将设置的key，那么重新设置Entry中的value；

3、很不巧，位置i的Entry对象，和即将设置的key没关系，那么只能找下一个空位置；

这样的话，在get的时候，也会根据ThreadLocal对象的hash值，定位到table中的位置，然后判断该位置Entry对象中的key是否和get的key一致，如果不一致，就判断下一个位置

可以发现，set和get如果冲突严重的话，效率很低，因为ThreadLoalMap是Thread的一个属性，所以即使在自己的代码中控制了设置的元素个数，但还是不能控制其它代码的行为。

内存泄露

ThreadLocal可能导致内存泄漏，为什么？

先看看Entry的实现：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;
    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

通过之前的分析已经知道，当使用ThreadLocal保存一个value时，会在ThreadLocalMap中的数组插入一个Entry对象，按理说key-value都应该以强引用保存在Entry对象中，但在ThreadLocalMap的实现中，key被保存到了WeakReference对象中。

这就导致了一个问题，ThreadLocal在没有外部强引用时，发生GC时会被回收，如果创建ThreadLocal的线程一直持续运行，那么这个Entry对象中的value就有可能一直得不到回收，发生内存泄露。

如何避免内存泄露

既然已经发现有内存泄露的隐患，自然有应对的策略，在调用ThreadLocal的get()、set()可能会清除ThreadLocalMap中key为null的Entry对象，这样对应的value就没有GC Roots可达了，下次GC的时候就可以被回收，当然如果调用remove方法，肯定会删除对应的Entry对象。

如果使用ThreadLocal的set方法之后，没有显示的调用remove方法，就有可能发生内存泄露，所以养成良好的编程习惯十分重要，使用完ThreadLocal之后，记得调用remove方法。

ThreadLocal<String> localName = new ThreadLocal();
try {
    localName.set("占小狼");
    // 其它业务逻辑
} finally {
    localName.remove();
}

总结

到此这篇关于Java面试必问之ThreadLocal终极篇的文章就介绍到这了,更多相关Java面试ThreadLocal内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！

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