思考:對ThreadLocal的理解多少?

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1.ThreadLocal概述

ThreadLocal是多線程中對于解決線程安全的一個操作類，它會為每個線程都分配一個獨立的線程副本從而解決了變量并發(fā)訪問沖突的問題。ThreadLocal 同時實現(xiàn)了線程內(nèi)的資源共享

案例：使用JDBC操作數(shù)據(jù)庫時，會將每一個線程的Connection放入各自的ThreadLocal中，從而保證每個線程都在各自的 Connection 上進行數(shù)據(jù)庫的操作，避免A線程關閉了B線程的連接。

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2. ThreadLocal的實現(xiàn)原理&源碼解析

ThreadLocal本質(zhì)來說就是一個線程內(nèi)部存儲類，從而讓多個線程只操作自己內(nèi)部的值，從而實現(xiàn)線程數(shù)據(jù)隔離

每個線程內(nèi)有一個 ThreadLocalMap 類型的成員變量，用來存儲資源對象

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ThreadLocalMap 的一些特點

key 的 hash 值統(tǒng)一分配

初始容量 16，擴容因子 2/3，擴容容量翻倍

key 索引沖突后用開放尋址法解決沖突

2.1. ThreadLocal基本使用

set(value) 設置值:  以 ThreadLocal 自己作為 key，資源對象作為 value，放入當前線程的 ThreadLocalMap 集合中

get() 獲取值: 以 ThreadLocal 自己作為 key，到當前線程中查找關聯(lián)的資源值

remove() 清除值: 以 ThreadLocal 自己作為 key，移除當前線程關聯(lián)的資源值

代碼案例

public class ThreadLocalTest {
    static ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            String name = Thread.currentThread().getName();
            threadLocal.set("zbbmeta");
            print(name);
            System.out.println(name + "-after remove : " + threadLocal.get());
        }, "t1").start();
        new Thread(() -> {
            String name = Thread.currentThread().getName();
            threadLocal.set("zbbmeta");
            print(name);
            System.out.println(name + "-after remove : " + threadLocal.get());
        }, "t2").start();
    }

    static void print(String str) {
        //打印當前線程中本地內(nèi)存中本地變量的值
        System.out.println(str + " :" + threadLocal.get());
        //清除本地內(nèi)存中的本地變量
        threadLocal.remove();
    }

}

3. ThreadLocal-內(nèi)存泄露問題

在介紹內(nèi)存泄露問題問題之前先介紹一下Java對象中的四種引用類型：Java對象中的四種引用類型：

• 強引用: 最為普通的引用方式，表示一個對象處于有用且必須的狀態(tài)，如果一個對象具有強引用，則GC并不會回收它。即便堆中內(nèi)存不足了，寧可出現(xiàn)OOM，也不會對其進行回收

Object obj = new Object();

• 軟引用:軟引用用于描述一些還有用但并非必須保持的對象。在系統(tǒng)即將發(fā)生內(nèi)存溢出之前，垃圾收集器會清理這些軟引用指向的對象

Object obj = new Object();
SoftReference<Object> softRef = new SoftReference<>(obj);

• 弱引用:表示一個對象處于可能有用且非必須的狀態(tài)。在GC線程掃描內(nèi)存區(qū)域時，一旦發(fā)現(xiàn)弱引用，就會回收到弱引用相關聯(lián)的對象。對于弱引用的回收，無關內(nèi)存區(qū)域是否足夠，一旦發(fā)現(xiàn)則會被回收

Object obj = new Object();
WeakReference<Object> weakRef = new WeakReference<>(obj);

• 虛引用：虛引用也稱為幽靈引用，它幾乎沒有實際意義，主要用于跟蹤對象被垃圾收集的活動；虛引用不能單獨使用，必須與引用隊列（ReferenceQueue）一起使用。當垃圾收集器準備回收一個對象時，如果發(fā)現(xiàn)它有虛引用，會把這個虛引用加入到與之關聯(lián)的引用隊列中

Object obj = new Object();
PhantomReference<Object> phantomRef = new PhantomReference<>(obj, referenceQueue);

3.1. ThreadLocal-內(nèi)存泄露問題

每一個Thread維護一個ThreadLocalMap，在ThreadLocalMap中的Entry對象繼承了WeakReference,其中key為使用弱引用的ThreadLocal實例，value為線程變量的副本

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ThreadLocalMap 中的 key 被設計為弱引用，原因如下

Thread 可能需要長時間運行（如線程池中的線程），如果 key 不再使用，需要在內(nèi)存不足（GC）時釋放其占用的內(nèi)存

內(nèi)存釋放時機

• 被動 GC 釋放 key

僅是讓 key 的內(nèi)存釋放，關聯(lián) value 的內(nèi)存并不會釋放

• 懶惰被動釋放 value
• get key 時，發(fā)現(xiàn)是 null key，則釋放其 value 內(nèi)存
• set key 時，會使用啟發(fā)式掃描，清除臨近的 null key 的 value 內(nèi)存，啟發(fā)次數(shù)與元素個數(shù)，是否發(fā)現(xiàn) null key 有關
• 主動 remove 釋放 key，value
• 會同時釋放 key，value 的內(nèi)存，也會清除臨近的 null key 的 value 內(nèi)存
• 推薦使用它，因為一般使用 ThreadLocal 時都把它作為靜態(tài)變量（即強引用），因此無法被動依靠 GC 回收

4. ThreadLocal面試題

面試官：談談你對ThreadLocal的理解

候選人：

ThreadLocal 主要功能有兩個：

• 第一個是可以實現(xiàn)資源對象的線程隔離，讓每個線程各用各的資源對象，避免爭用引發(fā)的線程安全問題
• 第二個是實現(xiàn)了線程內(nèi)的資源共享

面試官：好的，那你知道ThreadLocal的底層原理實現(xiàn)嗎？

候選人：

在ThreadLocal內(nèi)部維護了一個一個 ThreadLocalMap 類型的成員變量，用來存儲資源對象

當我們調(diào)用 set 方法，就是以 ThreadLocal 自己作為 key，資源對象作為 value，放入當前線程的 ThreadLocalMap 集合中

當調(diào)用 get 方法，就是以 ThreadLocal 自己作為 key，到當前線程中查找關聯(lián)的資源值

當調(diào)用 remove 方法，就是以 ThreadLocal 自己作為 key，移除當前線程關聯(lián)的資源值

面試官：好的，那關于ThreadLocal會導致內(nèi)存溢出這個事情，了解嗎？

候選人：

是應為ThreadLocalMap 中的 key 被設計為弱引用，它是被動的被GC調(diào)用釋放key，不過關鍵的是只有key可以得到內(nèi)存釋放，而value不會，因為value是一個強引用。

在使用ThreadLocal 時都把它作為靜態(tài)變量（即強引用），因此無法被動依靠 GC 回收，建議主動的remove 釋放 key，這樣就能避免內(nèi)存溢出。