Java面試必問之ThreadLocal終極篇分享

Posted on by

前言

在面試環節中，考察”ThreadLocal”也是面試官的傢常便飯，所以對它理解透徹，是非常有必要的.
有些面試官會開門見山的提問：

  • “知道ThreadLocal嗎？”
  • “講講你對ThreadLocal的理解”

當然瞭，也有面試官會慢慢引導到這個話題上，比如提問“在多線程環境下，如何防止自己的變量被其它線程篡改”，將主動權交給你自己，剩下的靠自己發揮。

那麼ThreadLocal可以做什麼，在瞭解它的應用場景之前，我們先看看它的實現原理，隻有知道瞭實現原理，才好判斷它是否符合自己的業務場景。

ThreadLocal是什麼

首先，它是一個數據結構，有點像HashMap，可以保存”key : value”鍵值對，但是一個ThreadLocal隻能保存一個，並且各個線程的數據互不幹擾。

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

在線程1中初始化瞭一個ThreadLocal對象localName，並通過set方法，保存瞭一個值占小狼，同時在線程1中通過localName.get()可以拿到之前設置的值，但是如果在線程2中，拿到的將是一個null。

這是為什麼，如何實現？不過之前也說瞭，ThreadLocal保證瞭各個線程的數據互不幹擾。

看看set(T value)和get()方法的源碼

 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;
}

可以發現，每個線程中都有一個ThreadLocalMap數據結構，當執行set方法時，其值是保存在當前線程的threadLocals變量中，當執行set方法中，是從當前線程的threadLocals變量獲取。

所以在線程1中set的值，對線程2來說是摸不到的，而且在線程2中重新set的話，也不會影響到線程1中的值，保證瞭線程之間不會相互幹擾。

那每個線程中的ThreadLoalMap究竟是什麼？

ThreadLoalMap

本文分析的是1.7的源碼。

從名字上看，可以猜到它也是一個類似HashMap的數據結構，但是在ThreadLocal中，並沒實現Map接口。

在ThreadLoalMap中，也是初始化一個大小16的Entry數組，Entry對象用來保存每一個key-value鍵值對，隻不過這裡的key永遠都是ThreadLocal對象，是不是很神奇，通過ThreadLocal對象的set方法，結果把ThreadLocal對象自己當做key，放進瞭ThreadLoalMap中。

這裡需要註意的是，ThreadLoalMap的Entry是繼承WeakReference，和HashMap很大的區別是，Entry中沒有next字段，所以就不存在鏈表的情況瞭。

hash沖突

沒有鏈表結構，那發生hash沖突瞭怎麼辦？

先看看ThreadLoalMap中插入一個key-value的實現

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();
}

每個ThreadLocal對象都有一個hash值threadLocalHashCode，每初始化一個ThreadLocal對象，hash值就增加一個固定的大小0x61c88647。

在插入過程中，根據ThreadLocal對象的hash值，定位到table中的位置i，過程如下：

1、如果當前位置是空的，那麼正好，就初始化一個Entry對象放在位置i上；

2、不巧，位置i已經有Entry對象瞭，如果這個Entry對象的key正好是即將設置的key，那麼重新設置Entry中的value；

3、很不巧，位置i的Entry對象，和即將設置的key沒關系，那麼隻能找下一個空位置；

這樣的話，在get的時候，也會根據ThreadLocal對象的hash值，定位到table中的位置，然後判斷該位置Entry對象中的key是否和get的key一致，如果不一致，就判斷下一個位置

可以發現，set和get如果沖突嚴重的話，效率很低，因為ThreadLoalMap是Thread的一個屬性，所以即使在自己的代碼中控制瞭設置的元素個數，但還是不能控制其它代碼的行為。

內存泄露

ThreadLocal可能導致內存泄漏，為什麼？

先看看Entry的實現：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;

    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

通過之前的分析已經知道，當使用ThreadLocal保存一個value時，會在ThreadLocalMap中的數組插入一個Entry對象，按理說key-value都應該以強引用保存在Entry對象中，但在ThreadLocalMap的實現中，key被保存到瞭WeakReference對象中。

這就導致瞭一個問題，ThreadLocal在沒有外部強引用時，發生GC時會被回收，如果創建ThreadLocal的線程一直持續運行，那麼這個Entry對象中的value就有可能一直得不到回收，發生內存泄露。

如何避免內存泄露

既然已經發現有內存泄露的隱患，自然有應對的策略，在調用ThreadLocal的get()、set()可能會清除ThreadLocalMap中key為null的Entry對象，這樣對應的value就沒有GC Roots可達瞭，下次GC的時候就可以被回收，當然如果調用remove方法，肯定會刪除對應的Entry對象。

如果使用ThreadLocal的set方法之後，沒有顯示的調用remove方法，就有可能發生內存泄露，所以養成良好的編程習慣十分重要，使用完ThreadLocal之後，記得調用remove方法。

ThreadLocal<String> localName = new ThreadLocal();
try {
    localName.set("占小狼");
    // 其它業務邏輯
} finally {
    localName.remove();
}

總結

到此這篇關於Java面試必問之ThreadLocal終極篇的文章就介紹到這瞭,更多相關Java面試ThreadLocal內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

推薦閱讀：