Java面試必問，ThreadLocal終極篇

佔小狼 轉載請註明原創出處，謝謝！

前言

在面試環節中，考察"ThreadLocal"也是面試官的屢見不鮮，因此對它理解透徹，是很是有必要的.

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」

固然了，也有面試官會慢慢引導到這個話題上，好比提問「在多線程環境下，如何防止本身的變量被其它線程篡改」，將主動權交給你本身，剩下的靠本身發揮。

那麼ThreadLocal能夠作什麼，在瞭解它的應用場景以前，咱們先看看它的實現原理，只有知道了實現原理，纔好判斷它是否符合本身的業務場景。

ThreadLocal是什麼

首先，它是一個數據結構，有點像HashMap，能夠保存"key : value"鍵值對，可是一個ThreadLocal只能保存一個，而且各個線程的數據互不干擾。

ThreadLocal<String> localName = new ThreadLocal();
localName.set("佔小狼");
String name = localName.get();
複製代碼

在線程1中初始化了一個ThreadLocal對象localName，並經過set方法，保存了一個值佔小狼，同時在線程1中經過localName.get()能夠拿到以前設置的值，可是若是在線程2中，拿到的將是一個null。

這是爲何，如何實現？不過以前也說了，ThreadLocal保證了各個線程的數據互不干擾。

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;
}
複製代碼

能夠發現，每一個線程中都有一個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。

因此在線程1中set的值，對線程2來講是摸不到的，並且在線程2中從新set的話，也不會影響到線程1中的值，保證了線程之間不會相互干擾。

那每一個線程中的ThreadLoalMap到底是什麼？

ThreadLoalMap

本文分析的是1.7的源碼。

從名字上看，能夠猜到它也是一個相似HashMap的數據結構，可是在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對象用來保存每個key-value鍵值對，只不過這裏的key永遠都是ThreadLocal對象，是否是很神奇，經過ThreadLocal對象的set方法，結果把ThreadLocal對象本身當作key，放進了ThreadLoalMap中。

這裏須要注意的是，ThreadLoalMap的Entry是繼承WeakReference，和HashMap很大的區別是，Entry中沒有next字段，因此就不存在鏈表的狀況了。

hash衝突

沒有鏈表結構，那發生hash衝突了怎麼辦？

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();
}
複製代碼

每一個ThreadLocal對象都有一個hash值threadLocalHashCode，每初始化一個ThreadLocal對象，hash值就增長一個固定的大小0x61c88647。

在插入過程當中，根據ThreadLocal對象的hash值，定位到table中的位置i，過程以下： 一、若是當前位置是空的，那麼正好，就初始化一個Entry對象放在位置i上； 二、不巧，位置i已經有Entry對象了，若是這個Entry對象的key正好是即將設置的key，那麼從新設置Entry中的value； 三、很不巧，位置i的Entry對象，和即將設置的key不要緊，那麼只能找下一個空位置；

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，而後判斷該位置Entry對象中的key是否和get的key一致，若是不一致，就判斷下一個位置

能夠發現，set和get若是衝突嚴重的話，效率很低，由於ThreadLoalMap是Thread的一個屬性，因此即便在本身的代碼中控制了設置的元素個數，但仍是不能控制其它代碼的行爲。

內存泄露

ThreadLocal可能致使內存泄漏，爲何？ 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;
    }
}
複製代碼

經過以前的分析已經知道，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被保存到了WeakReference對象中。

這就致使了一個問題，ThreadLocal在沒有外部強引用時，發生GC時會被回收，若是建立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，天然有應對的策略，在調用ThreadLocal的get()、set()可能會清除ThreadLocalMap中key爲null的Entry對象，這樣對應的value就沒有GC Roots可達了，下次GC的時候就能夠被回收，固然若是調用remove方法，確定會刪除對應的Entry對象。

若是使用ThreadLocal的set方法以後，沒有顯示的調用remove方法，就有可能發生內存泄露，因此養成良好的編程習慣十分重要，使用完ThreadLocal以後，記得調用remove方法。

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

End 我是佔小狼 若是讀完以爲有收穫的話，歡迎點贊加關注