如何從面試中的問題分析ThreadLocal

這篇文章給大家介紹如何從面試中的問題分析ThreadLocal，內容非常詳細，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

ThreadLocal是什么

ThreadLocal是一個本地線程副本變量工具類。主要用于將私有線程和該線程存放的副本對象做一個映射，各個線程之間的變量互不干擾，在高并發場景下，可以實現無狀態的調用，特別適用于各個線程依賴不通的變量值完成操作的場景。

從數據結構入手

下圖為ThreadLocal的內部結構圖

從上面的結構圖，我們已經窺見ThreadLocal的核心機制：

每個Thread線程內部都有一個Map。  Map里面存儲線程本地對象（key）和線程的變量副本（value）  但是，Thread內部的Map是由ThreadLocal維護的，由ThreadLocal負責向map獲取和設置線程的變量值。

所以對于不同的線程，每次獲取副本值時，別的線程并不能獲取到當前線程的副本值，形成了副本的隔離，互不干擾。

Thread線程內部的Map在類中描述如下：

public class Thread implements Runnable {/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained* by the ThreadLocal class. */ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;}

深入解析ThreadLocal

ThreadLocal類提供如下幾個核心方法：

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

get()方法用于獲取當前線程的副本變量值。  set()方法用于保存當前線程的副本變量值。  initialValue()為當前線程初始副本變量值。  remove()方法移除當前前程的副本變量值。

get()方法

/*** Returns the value in the current thread's copy of this* thread-local variable. If the variable has no value for the* current thread, it is first initialized to the value returned* by an invocation of the {@link #initialValue} method.** @return the current thread's value of this thread-local*/public T get() {Thread t = Thread.currentThread();

ThreadLocalMap map = getMap(t);

if (map != null) {ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);

if (e != null)return (T)e.value;

}return setInitialValue();

}ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals;}private T setInitialValue() {T value = initialValue();

Thread t = Thread.currentThread();

ThreadLocalMap map = getMap(t);if (map != null)map.set(this, value);

elsecreateMap(t, value);return value;}protected T initialValue() {return null;}

步驟：

1.獲取當前線程的ThreadLocalMap對象threadLocals

2.從map中獲取線程存儲的K-V Entry節點。

3.從Entry節點獲取存儲的Value副本值返回。

4.map為空的話返回初始值null，即線程變量副本為null，在使用時需要注意判斷NullPointerException。

set()方法

/*** Sets the current thread's copy of this thread-local variable* to the specified value. Most subclasses will have no need to* override this method, relying solely on the {@link #initialValue}* method to set the values of thread-locals.** @param value the value to be stored in the current thread's copy of* this thread-local.*/public void set(T value) {Thread t = Thread.currentThread();

ThreadLocalMap map = getMap(t);

if (map != null)map.set(this, value);

elsecreateMap(t, value);

}ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals;

}void createMap(Thread t, T firstValue) {t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);

}

步驟：

1.獲取當前線程的成員變量map

2.map非空，則重新將ThreadLocal和新的value副本放入到map中。

3.map空，則對線程的成員變量ThreadLocalMap進行初始化創建，并將ThreadLocal和value副本放入map中。

remove()方法

/*** Removes the current thread's value for this thread-local* variable. If this thread-local variable is subsequently* {@linkplain #get read} by the current thread, its value will be* reinitialized by invoking its {@link #initialValue} method,* unless its value is {

@linkplain #set set} by the current thread* in the interim. 

This may result in multiple invocations of the* <tt>initialValue</tt> method in the current thread.** @since 1.5*/public void remove() {ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());

if (m != null)m.remove(this);

}ThreadLocalMap getMap(Thread t) {return t.threadLocals;}

remove方法比較簡單，不做贅述。

ThreadLocalMap

ThreadLocalMap是ThreadLocal的內部類，沒有實現Map接口，用獨立的方式實現了Map的功能，其內部的Entry也獨立實現。

在ThreadLocalMap中，也是用Entry來保存K-V結構數據的。但是Entry中key只能是ThreadLocal對象，這點被Entry的構造方法已經限定死了。

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

Entry繼承自WeakReference（弱引用，生命周期只能存活到下次GC前），但只有Key是弱引用類型的，Value并非弱引用。

ThreadLocalMap的成員變量：

static class ThreadLocalMap {/*** The initial capacity -- MUST be a power of two.*/private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;/*** The table, resized as necessary.* table.length MUST always be a power of two.*/private Entry[] table;/*** The number of entries in the table.*/private int size = 0;/*** The next size value at which to resize.*/private int threshold; // Default to 0}

Hash沖突怎么解決

和HashMap的最大的不同在于，ThreadLocalMap結構非常簡單，沒有next引用，也就是說ThreadLocalMap中解決Hash沖突的方式并非鏈表的方式，而是采用線性探測的方式，所謂線性探測，就是根據初始key的hashcode值確定元素在table數組中的位置，如果發現這個位置上已經有其他key值的元素被占用，則利用固定的算法尋找一定步長的下個位置，依次判斷，直至找到能夠存放的位置。

ThreadLocalMap解決Hash沖突的方式就是簡單的步長加1或減1，尋找下一個相鄰的位置。

/*** Increment i modulo len.*/private static int nextIndex(int i, int len) {return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);}/*** Decrement i modulo len.*/private static int prevIndex(int i, int len) {return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1);}

顯然ThreadLocalMap采用線性探測的方式解決Hash沖突的效率很低，如果有大量不同的ThreadLocal對象放入map中時發送沖突，或者發生二次沖突，則效率很低。

所以這里引出的良好建議是：每個線程只存一個變量，這樣的話所有的線程存放到map中的Key都是相同的ThreadLocal，如果一個線程要保存多個變量，就需要創建多個ThreadLocal，多個ThreadLocal放入Map中時會極大的增加Hash沖突的可能。

ThreadLocalMap的問題

由于ThreadLocalMap的key是弱引用，而Value是強引用。這就導致了一個問題，ThreadLocal在沒有外部對象強引用時，發生GC時弱引用Key會被回收，而Value不會回收，如果創建ThreadLocal的線程一直持續運行，那么這個Entry對象中的value就有可能一直得不到回收，發生內存泄露。

如何避免泄漏

既然Key是弱引用，那么我們要做的事，就是在調用ThreadLocal的get()、set()方法時完成后再調用remove方法，將Entry節點和Map的引用關系移除，這樣整個Entry對象在GC Roots分析后就變成不可達了，下次GC的時候就可以被回收。如果使用ThreadLocal的set方法之后，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之后，記得調用remove方法。

ThreadLocal<Session> threadLocal = new ThreadLocal<Session>();try {threadLocal.set(new Session(1, "Misout的博客"));// 其它業務邏輯} finally {threadLocal.remove();}

應用場景

還記得Hibernate的session獲取場景嗎？

private static final ThreadLocal<Session> threadLocal = new ThreadLocal<Session>();//獲取Sessionpublic static Session getCurrentSession(){Session session = threadLocal.get();//判斷Session是否為空，如果為空，將創建一個session，并設置到本地線程變量中try {if(session ==null&&!session.isOpen()){if(sessionFactory==null){rbuildSessionFactory();// 創建Hibernate的SessionFactory}else{session = sessionFactory.openSession();}}threadLocal.set(session);} catch (Exception e) {// TODO: handle exception}return session;}

為什么？每個線程訪問數據庫都應當是一個獨立的Session會話，如果多個線程共享同一個Session會話，有可能其他線程關閉連接了，當前線程再執行提交時就會出現會話已關閉的異常，導致系統異常。此方式能避免線程爭搶Session，提高并發下的安全性。

使用ThreadLocal的典型場景正如上面的數據庫連接管理，線程會話管理等場景，只適用于獨立變量副本的情況，如果變量為全局共享的，則不適用在高并發下使用。

關于如何從面試中的問題分析ThreadLocal就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，可以學到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到。