Java面试必问：ThreadLocal

印度阿三17 2019-03-06

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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。

1. ThreadLocal是什么

ThreadLocal是一个本地线程副本变量工具类。主要用于将私有线程和该线程存放的副本对象做一个映射，各个线程之间的变量互不干扰，在高并发场景下，可以实现无状态的调用，特别适用于各个线程依赖不通的变量值完成操作的场景。

2. ThreadLocal的核心机制：

每个Thread线程内部都有一个Map。
Map里面存储线程本地对象（key）和线程的变量副本（value）
但是，Thread内部的Map是由ThreadLocal维护的，由ThreadLocal负责向map获取和设置线程的变量值。
所以对于不同的线程，每次获取副本值时，别的线程并不能获取到当前线程的副本值，形成了副本的隔离，互不干扰。

3. 源码解析ThreadLocal

https://www.jianshu.com/p/98b68c97df9b

public T get()
public void set(T value)
public void remove()

public T get()
1.获取当前线程的ThreadLocalMap对象threadLocals
2.从map中获取线程存储的K-V Entry节点。
3.从Entry节点获取存储的Value副本值返回。
4.map为空的话返回初始值null，即线程变量副本为null，在使用时需要注意判断NullPointerException。

set()方法
步骤：
1.获取当前线程的成员变量map
2.map非空，则重新将ThreadLocal和新的value副本放入到map中。
3.map空，则对线程的成员变量ThreadLocalMap进行初始化创建，并将ThreadLocal和value副本放入map中。

4. ThreadLocalMap

ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类，没有实现Map接口，用独立的方式实现了Map的功能，其内部的Entry也独立实现。

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。
在这里插入图片描述

5. Hash冲突怎么解决

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：

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；
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；
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。
ThreadLocalMap中解决Hash冲突的方式并非链表的方式，而是采用线性探测的方式。所谓线性探测，就是根据初始key的hashcode值确定元素在table数组中的位置，如果发现这个位置上已经有其他key值的元素被占用，则利用固定的算法，寻找一定步长的下个位置，依次判断，直至找到能够存放的位置。
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。
ThreadLocalMap解决Hash冲突的方式就是简单的步长加1或减1，寻找下一个相邻的位置。

显然ThreadLocalMap采用线性探测的方式解决Hash冲突的效率很低，如果有大量不同的ThreadLocal对象放入map中时发送冲突，或者发生二次冲突，则效率很低。

所以这里引出的良好建议是：每个线程只存一个变量，这样的话所有的线程存放到map中的Key都是相同的ThreadLocal，如果一个线程要保存多个变量，就需要创建多个ThreadLocal，多个ThreadLocal放入Map中时会极大的增加Hash冲突的可能。

6. ThreadLocalMap的问题：内存泄漏

由于ThreadLocalMap的key是弱引用，而Value是强引用。这就导致了一个问题，ThreadLocal在没有外部对象强引用时，发生GC时弱引用Key会被回收，而Value不会回收，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。

如何避免泄漏
既然Key是弱引用，那么我们要做的事，就是在调用ThreadLocal的get()、set()方法时完成后再调用remove方法，将Entry节点和Map的引用关系移除，这样整个Entry对象在GC Roots分析后就变成不可达了，下次GC的时候就可以被回收。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<Session> threadLocal = new ThreadLocal<Session>();
try {
    threadLocal.set(new Session(1, "Misout的博客"));
    // 其它业务逻辑
} finally {
    threadLocal.remove();
}

7. 使用场景

数据库连接管理，线程会话管理等场景，只适用于独立变量副本的情况，如果变量为全局共享的，则不适用在高并发下使用。

8. ThreadLocal与线程同步机制的比较

线程同步机制通过对象的锁机制保证同一时间只有一个线程去访问变量，该变量是多个线程共享的。ThreadLocal则为每一个线程提供了一个变量副本，从而隔离了多个线程访问数据的冲突，ThreadLocal提供了线程安全的对象封装，在编写多线程代码时，可以把不安全的代码封装进ThreadLocal。概括的说，对于多线程资源共享的问题，线程同步机制采取了时间换空间的方式，访问串行化，对象共享化；而ThreadLocal采取了空间换时间的方式，访问并行化，对象独享化。