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本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「三太子敖丙」，作者三太子敖丙。轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)聯(lián)系三太子敖丙公眾號(hào)。

開(kāi)場(chǎng)白

張三最近天氣很熱心情不是很好，所以他決定出去面試跟面試官聊聊天排解一下，結(jié)果剛投遞簡(jiǎn)歷就有人約了面試。

我丟，什么情況怎么剛投遞出去就有人約我面試了?誒。。。真煩啊，哥已經(jīng)不在江湖這么久了，江湖還是有哥的傳說(shuō)，我還是這么搶手的么?太煩惱了，帥無(wú)罪。

 

暗自竊喜的張三來(lái)到了某東現(xiàn)場(chǎng)面試的辦公室，我丟，這面試官?不是吧，這滿是劃痕的Mac，這發(fā)量，難道就是傳說(shuō)中的架構(gòu)師?

 

張三的心態(tài)一下子就崩了，出來(lái)第一場(chǎng)面試就遇到一個(gè)頂級(jí)面試官，這誰(shuí)頂?shù)米“　?/p>

你好，我是你的面試官Tony，看我的發(fā)型應(yīng)該你能猜到我的身份了，我也話不說(shuō)，我們直接開(kāi)始好不好?看你簡(jiǎn)歷寫(xiě)了多線程，來(lái)你跟我聊一下ThreadLocal吧，我很久沒(méi)寫(xiě)代碼不太熟悉了，你幫我回憶一下。

我丟?這TM是人話?這是什么邏輯啊，說(shuō)是問(wèn)多線程然后一上來(lái)就來(lái)個(gè)這么冷門(mén)的ThreadLocal?心態(tài)崩了呀，再說(shuō)你TM自己忘了不知道下去看看書(shū)么，來(lái)我這里找答案是什么鬼啊...

 

盡管十分不情愿，但是張三還是高速運(yùn)轉(zhuǎn)他的小腦袋，回憶起了ThreadLocal的種種細(xì)節(jié)...

面試官說(shuō)實(shí)話我在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中用到ThreadLocal的地方不是很多，我在寫(xiě)這個(gè)文章的時(shí)候還刻意去把我電腦上幾十個(gè)項(xiàng)目打開(kāi)之后去全局搜索ThreadLocal發(fā)現(xiàn)除了系統(tǒng)源碼的使用，很少在項(xiàng)目中用到，不過(guò)也還是有的。

 

ThreadLocal的作用主要是做數(shù)據(jù)隔離，填充的數(shù)據(jù)只屬于當(dāng)前線程，變量的數(shù)據(jù)對(duì)別的線程而言是相對(duì)隔離的，在多線程環(huán)境下，如何防止自己的變量被其它線程篡改。

你能跟我說(shuō)說(shuō)它隔離有什么用，會(huì)用在什么場(chǎng)景么?這，我都說(shuō)了我很少用了，還問(wèn)我，難受了呀，哦哦哦，有了想起來(lái)了，事務(wù)隔離級(jí)別。

面試官你好，其實(shí)我第一時(shí)間想到的就是Spring實(shí)現(xiàn)事務(wù)隔離級(jí)別的源碼，這還是當(dāng)時(shí)我大學(xué)被女朋友甩了，一個(gè)人在圖書(shū)館哭泣的時(shí)候無(wú)意間發(fā)現(xiàn)的。

 

Spring采用Threadlocal的方式，來(lái)保證單個(gè)線程中的數(shù)據(jù)庫(kù)操作使用的是同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接，同時(shí)，采用這種方式可以使業(yè)務(wù)層使用事務(wù)時(shí)不需要感知并管理connection對(duì)象，通過(guò)傳播級(jí)別，巧妙地管理多個(gè)事務(wù)配置之間的切換，掛起和恢復(fù)。

Spring框架里面就是用的ThreadLocal來(lái)實(shí)現(xiàn)這種隔離，主要是在TransactionSynchronizationManager這個(gè)類里面，代碼如下所示:

private static final Log logger = LogFactory.getLog(TransactionSynchronizationManager.class); 
 
 private static final ThreadLocal<Map<Object, Object>> resources = 
   new NamedThreadLocal<>("Transactional resources"); 
 
 private static final ThreadLocal<Set<TransactionSynchronization>> synchronizations = 
   new NamedThreadLocal<>("Transaction synchronizations"); 
 
 private static final ThreadLocal<String> currentTransactionName = 
   new NamedThreadLocal<>("Current transaction name"); 
 
  …… 

Spring的事務(wù)主要是ThreadLocal和AOP去做實(shí)現(xiàn)的，我這里提一下，大家知道每個(gè)線程自己的鏈接是靠ThreadLocal保存的就好了，繼續(xù)的細(xì)節(jié)我會(huì)在Spring章節(jié)細(xì)說(shuō)的，暖么?

除了源碼里面使用到ThreadLocal的場(chǎng)景，你自己有使用他的場(chǎng)景么?一般你會(huì)怎么用呢?

來(lái)了來(lái)了，加分項(xiàng)來(lái)了，這個(gè)我還真遇到過(guò)，裝B的機(jī)會(huì)終于來(lái)了。

 

有的有的面試官，這個(gè)我會(huì)!!!

之前我們上線后發(fā)現(xiàn)部分用戶的日期居然不對(duì)了，排查下來(lái)是SimpleDataFormat的鍋，當(dāng)時(shí)我們使用SimpleDataFormat的parse()方法，內(nèi)部有一個(gè)Calendar對(duì)象，調(diào)用SimpleDataFormat的parse()方法會(huì)先調(diào)用Calendar.clear()，然后調(diào)用Calendar.add()，如果一個(gè)線程先調(diào)用了add()然后另一個(gè)線程又調(diào)用了clear()，這時(shí)候parse()方法解析的時(shí)間就不對(duì)了。

其實(shí)要解決這個(gè)問(wèn)題很簡(jiǎn)單，讓每個(gè)線程都new 一個(gè)自己的 SimpleDataFormat就好了，但是1000個(gè)線程難道new1000個(gè)SimpleDataFormat?

所以當(dāng)時(shí)我們使用了線程池加上ThreadLocal包裝SimpleDataFormat，再調(diào)用initialValue讓每個(gè)線程有一個(gè)SimpleDataFormat的副本，從而解決了線程安全的問(wèn)題，也提高了性能。

那……還有還有，我還有，您別著急問(wèn)下一個(gè)，讓我再加點(diǎn)分，拖延一下面試時(shí)間。

我在項(xiàng)目中存在一個(gè)線程經(jīng)常遇到橫跨若干方法調(diào)用，需要傳遞的對(duì)象，也就是上下文(Context)，它是一種狀態(tài)，經(jīng)常就是是用戶身份、任務(wù)信息等，就會(huì)存在過(guò)渡傳參的問(wèn)題。

使用到類似責(zé)任鏈模式，給每個(gè)方法增加一個(gè)context參數(shù)非常麻煩，而且有些時(shí)候，如果調(diào)用鏈有無(wú)法修改源碼的第三方庫(kù)，對(duì)象參數(shù)就傳不進(jìn)去了，所以我使用到了ThreadLocal去做了一下改造，這樣只需要在調(diào)用前在ThreadLocal中設(shè)置參數(shù)，其他地方get一下就好了。

before 
   
void work(User user) { 
    getInfo(user); 
    checkInfo(user); 
    setSomeThing(user); 
    log(user); 
} 
 
then 
   
void work(User user) { 
try{ 
   threadLocalUser.set(user); 
   // 他們內(nèi)部  User u = threadLocalUser.get(); 就好了 
    getInfo(); 
    checkInfo(); 
    setSomeThing(); 
    log(); 
    } finally { 
     threadLocalUser.remove(); 
    } 
} 

我看了一下很多場(chǎng)景的cookie，session等數(shù)據(jù)隔離都是通過(guò)ThreadLocal去做實(shí)現(xiàn)的。

對(duì)了我面試官允許我再秀一下知識(shí)廣度，在Android中，Looper類就是利用了ThreadLocal的特性，保證每個(gè)線程只存在一個(gè)Looper對(duì)象。

static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>(); 
private static void prepare(boolean quitAllowed) { 
    if (sThreadLocal.get() != null) { 
        throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread"); 
    } 
    sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed)); 
} 

面試官：我丟，這貨怎么知道這么多場(chǎng)景?還把Android都扯了出來(lái)，不是吧阿sir，下面我要考考他原理了。

嗯嗯，你回答得很好，那你能跟我說(shuō)說(shuō)他底層實(shí)現(xiàn)的原理么?

好的面試官，我先說(shuō)一下他的使用：

ThreadLocal<String> localName = new ThreadLocal(); 
localName.set("張三"); 
String name = localName.get(); 
localName.remove(); 

其實(shí)使用真的很簡(jiǎn)單，線程進(jìn)來(lái)之后初始化一個(gè)可以泛型的ThreadLocal對(duì)象，之后這個(gè)線程只要在remove之前去get，都能拿到之前set的值，注意這里我說(shuō)的是remove之前。

他是能做到線程間數(shù)據(jù)隔離的，所以別的線程使用get()方法是沒(méi)辦法拿到其他線程的值的，但是有辦法可以做到，我后面會(huì)說(shuō)。

我們先看看他set的源碼：

public void set(T value) { 
    Thread t = Thread.currentThread();// 獲取當(dāng)前線程 
    ThreadLocalMap map = getMap(t);// 獲取ThreadLocalMap對(duì)象 
    if (map != null) // 校驗(yàn)對(duì)象是否為空 
        map.set(this, value); // 不為空set 
    else 
        createMap(t, value); // 為空創(chuàng)建一個(gè)map對(duì)象 
} 

大家可以發(fā)現(xiàn)set的源碼很簡(jiǎn)單，主要就是ThreadLocalMap我們需要關(guān)注一下，而ThreadLocalMap呢是當(dāng)前線程Thread一個(gè)叫threadLocals的變量中獲取的。

ThreadLocalMap getMap(Thread t) { 
        return t.threadLocals; 
    } 
public class Thread implements Runnable { 
      …… 
 
    /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained 
     * by the ThreadLocal class. */ 
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null; 
 
    /* 
     * InheritableThreadLocal values pertaining to this thread. This map is 
     * maintained by the InheritableThreadLocal class. 
     */ 
    ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null; 
   
     …… 

這里我們基本上可以找到ThreadLocal數(shù)據(jù)隔離的真相了，每個(gè)線程Thread都維護(hù)了自己的threadLocals變量，所以在每個(gè)線程創(chuàng)建ThreadLocal的時(shí)候，實(shí)際上數(shù)據(jù)是存在自己線程Thread的threadLocals變量里面的，別人沒(méi)辦法拿到，從而實(shí)現(xiàn)了隔離。

ThreadLocalMap底層結(jié)構(gòu)是怎么樣子的呢?

面試官這個(gè)問(wèn)題問(wèn)得好啊，內(nèi)心暗罵，讓我歇一會(huì)不行么?

張三笑著回答道，既然有個(gè)Map那他的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)其實(shí)是很像HashMap的，但是看源碼可以發(fā)現(xiàn)，它并未實(shí)現(xiàn)Map接口，而且他的Entry是繼承WeakReference(弱引用)的，也沒(méi)有看到HashMap中的next，所以不存在鏈表了。

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

結(jié)構(gòu)大概長(zhǎng)這樣：

 

稍等，我有兩個(gè)疑問(wèn)你可以解答一下么?

好呀，面試官你說(shuō)。

為什么需要數(shù)組呢?沒(méi)有了鏈表怎么解決Hash沖突呢?

用數(shù)組是因?yàn)?，我們開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以一個(gè)線程可以有多個(gè)TreadLocal來(lái)存放不同類型的對(duì)象的，但是他們都將放到你當(dāng)前線程的ThreadLocalMap里，所以肯定要數(shù)組來(lái)存。

至于Hash沖突，我們先看一下源碼：

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(); 
        } 

我從源碼里面看到ThreadLocalMap在存儲(chǔ)的時(shí)候會(huì)給每一個(gè)ThreadLocal對(duì)象一個(gè)threadLocalHashCode，在插入過(guò)程中，根據(jù)ThreadLocal對(duì)象的hash值，定位到table中的位置i，int i = key.threadLocalHashCode & (len-1)。

然后會(huì)判斷一下：如果當(dāng)前位置是空的，就初始化一個(gè)Entry對(duì)象放在位置i上;

if (k == null) { 
    replaceStaleEntry(key, value, i); 
    return; 
} 

如果位置i不為空，如果這個(gè)Entry對(duì)象的key正好是即將設(shè)置的key，那么就刷新Entry中的value;

if (k == key) { 
    e.value = value; 
    return; 
} 

如果位置i的不為空，而且key不等于entry，那就找下一個(gè)空位置，直到為空為止。

 

這樣的話，在get的時(shí)候，也會(huì)根據(jù)ThreadLocal對(duì)象的hash值，定位到table中的位置，然后判斷該位置Entry對(duì)象中的key是否和get的key一致，如果不一致，就判斷下一個(gè)位置，set和get如果沖突嚴(yán)重的話，效率還是很低的。

以下是get的源碼，是不是就感覺(jué)很好懂了：

private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) { 
           int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1); 
           Entry e = table[i]; 
           if (e != null && e.get() == key) 
               return e; 
           else 
               return getEntryAfterMiss(key, i, e); 
       } 
 
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) { 
           Entry[] tab = table; 
           int len = tab.length; 
/ get的時(shí)候一樣是根據(jù)ThreadLocal獲取到table的i值，然后查找數(shù)據(jù)拿到后會(huì)對(duì)比key是否相等  if (e != null && e.get() == key)。 
           while (e != null) { 
               ThreadLocal<?> k = e.get(); 
             // 相等就直接返回，不相等就繼續(xù)查找，找到相等位置。 
               if (k == key) 
                   return e; 
               if (k == null) 
                   expungeStaleEntry(i); 
               else 
                   i = nextIndex(i, len); 
               e = tab[i]; 
           } 
           return null; 
       } 

能跟我說(shuō)一下對(duì)象存放在哪里么?

在Java中，棧內(nèi)存歸屬于單個(gè)線程，每個(gè)線程都會(huì)有一個(gè)棧內(nèi)存，其存儲(chǔ)的變量只能在其所屬線程中可見(jiàn)，即棧內(nèi)存可以理解成線程的私有內(nèi)存，而堆內(nèi)存中的對(duì)象對(duì)所有線程可見(jiàn)，堆內(nèi)存中的對(duì)象可以被所有線程訪問(wèn)。

那么是不是說(shuō)ThreadLocal的實(shí)例以及其值存放在棧上呢?

其實(shí)不是的，因?yàn)門(mén)hreadLocal實(shí)例實(shí)際上也是被其創(chuàng)建的類持有(更頂端應(yīng)該是被線程持有)，而ThreadLocal的值其實(shí)也是被線程實(shí)例持有，它們都是位于堆上，只是通過(guò)一些技巧將可見(jiàn)性修改成了線程可見(jiàn)。

如果我想共享線程的ThreadLocal數(shù)據(jù)怎么辦?

使用InheritableThreadLocal可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程訪問(wèn)ThreadLocal的值，我們?cè)谥骶€程中創(chuàng)建一個(gè)InheritableThreadLocal的實(shí)例，然后在子線程中得到這個(gè)InheritableThreadLocal實(shí)例設(shè)置的值。

private void test() {     
final ThreadLocal threadLocal = new InheritableThreadLocal();        
threadLocal.set("帥得一匹");     
Thread t = new Thread() {         
    @Override         
    public void run() {             
      super.run();             
      Log.i( "張三帥么 =" + threadLocal.get());         
    }     
  };           
  t.start();  
}  

在子線程中我是能夠正常輸出那一行日志的，這也是我之前面試視頻提到過(guò)的父子線程數(shù)據(jù)傳遞的問(wèn)題。

怎么傳遞的呀?

傳遞的邏輯很簡(jiǎn)單，我在開(kāi)頭Thread代碼提到threadLocals的時(shí)候，你們?cè)偻驴纯次铱桃夥帕肆硗庖粋€(gè)變量：

 

Thread源碼中，我們看看Thread.init初始化創(chuàng)建的時(shí)候做了什么：

public class Thread implements Runnable { 
  …… 
   if (inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals != null) 
      this.inheritableThreadLocals=ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals); 
  …… 
} 

我就截取了部分代碼，如果線程的inheritThreadLocals變量不為空，比如我們上面的例子，而且父線程的inheritThreadLocals也存在，那么我就把父線程的inheritThreadLocals給當(dāng)前線程的inheritThreadLocals。

是不是很有意思?

 

小伙子你懂的確實(shí)很多，那你算是一個(gè)深度的ThreadLocal用戶了，你發(fā)現(xiàn)ThreadLocal的問(wèn)題了么?

你是說(shuō)內(nèi)存泄露么?

我丟，這小子為啥知道我要問(wèn)什么?嗯嗯對(duì)的，你說(shuō)一下。

這個(gè)問(wèn)題確實(shí)會(huì)存在的，我跟大家說(shuō)一下為什么，還記得我上面的代碼么?

 

ThreadLocal在保存的時(shí)候會(huì)把自己當(dāng)做Key存在ThreadLocalMap中，正常情況應(yīng)該是key和value都應(yīng)該被外界強(qiáng)引用才對(duì)，但是現(xiàn)在key被設(shè)計(jì)成WeakReference弱引用了。

 

我先給大家介紹一下弱引用：

只具有弱引用的對(duì)象擁有更短暫的生命周期，在垃圾回收器線程掃描它所管轄的內(nèi)存區(qū)域的過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)了只具有弱引用的對(duì)象，不管當(dāng)前內(nèi)存空間足夠與否，都會(huì)回收它的內(nèi)存。

不過(guò)，由于垃圾回收器是一個(gè)優(yōu)先級(jí)很低的線程，因此不一定會(huì)很快發(fā)現(xiàn)那些只具有弱引用的對(duì)象。

這就導(dǎo)致了一個(gè)問(wèn)題，ThreadLocal在沒(méi)有外部強(qiáng)引用時(shí)，發(fā)生GC時(shí)會(huì)被回收，如果創(chuàng)建ThreadLocal的線程一直持續(xù)運(yùn)行，那么這個(gè)Entry對(duì)象中的value就有可能一直得不到回收，發(fā)生內(nèi)存泄露。

就比如線程池里面的線程，線程都是復(fù)用的，那么之前的線程實(shí)例處理完之后，出于復(fù)用的目的線程依然存活，所以，ThreadLocal設(shè)定的value值被持有，導(dǎo)致內(nèi)存泄露。

按照道理一個(gè)線程使用完，ThreadLocalMap是應(yīng)該要被清空的，但是現(xiàn)在線程被復(fù)用了。

那怎么解決?

在代碼的最后使用remove就好了，我們只要記得在使用的最后用remove把值清空就好了。

ThreadLocal localName = new ThreadLocal();try { localName.set("張三"); ……} finally { localName.remove();}

remove的源碼很簡(jiǎn)單，找到對(duì)應(yīng)的值全部置空，這樣在垃圾回收器回收的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)把他們回收掉。

那為什么ThreadLocalMap的key要設(shè)計(jì)成弱引用?key不設(shè)置成弱引用的話就會(huì)造成和entry中value一樣內(nèi)存泄漏的場(chǎng)景。

補(bǔ)充一點(diǎn)：ThreadLocal的不足，我覺(jué)得可以通過(guò)看看netty的fastThreadLocal來(lái)彌補(bǔ)，大家有興趣可以康康。

好了，你不僅把我問(wèn)的都回答了，我不知道的你甚至都說(shuō)了，ThreadLocal你過(guò)關(guān)了，不過(guò)JUC的面試才剛剛開(kāi)始，希望你以后越戰(zhàn)越勇，最后拿個(gè)好offer喲。

什么鬼，突然這么煽情，不是很為難我的么?難道是為了鍛煉我?難為大師這樣為我著想，我還一直心里暗罵他，不說(shuō)了回去好好學(xué)了。

總結(jié)

其實(shí)ThreadLocal用法很簡(jiǎn)單，里面的方法就那幾個(gè)，算上注釋源碼都沒(méi)多少行，我用了十多分鐘就過(guò)了一遍了，但是在我深挖每一個(gè)方法背后邏輯的時(shí)候，也讓我不得不感慨Josh Bloch 和 Doug Lea的厲害之處。

在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的處理其實(shí)往往就是我們和大神的區(qū)別，我認(rèn)為很多不合理的點(diǎn)，在Google和自己不斷深入了解之后才發(fā)現(xiàn)這才是合理，真的不服不行。

 

ThreadLocal是多線程里面比較冷門(mén)的一個(gè)類，使用頻率比不上別的方法和類，但是通過(guò)我這篇文章，不知道你是否有新的認(rèn)知呢?