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关于多线程:面试官看你简历说写精通ThreadLocal这几道题你都会吗

作者：

jiezi

在

问题

  1. 和Synchronized的区别
  2. 存储在jvm的哪个区域
  3. 真的只是以后线程可见吗
  4. 会导致内存透露么
  5. 为什么用Entry数组而不是Entry对象
  6. 你学习的开源框架哪些用到了ThreadLocal
  7. ThreadLocal里的对象肯定是线程平安的吗
  8. 口试题

一、概述

1、官网术语

ThreadLocal类是用来提供线程外部的局部变量。让这些变量在多线程环境下拜访（get/set）时能保障各个线程里的变量绝对独立于其余线程内的变量。

2、大白话

ThreadLocal是一个对于创立线程局部变量的类。

通常状况下，咱们创立的成员变量都是线程不平安的。因为他可能被多个线程同时批改，此变量对于多个线程之间彼此并不独立，是共享变量。而应用ThreadLocal创立的变量只能被以后线程拜访，其余线程无法访问和批改。也就是说：将线程公有化变成线程私有化。

二、利用场景

  • 每个线程都须要一个独享的对象（比方工具类，典型的就是SimpleDateFormat，每次应用都new一个多节约性能呀，间接放到成员变量里又是线程不平安，所以把他用ThreadLocal治理起来就完满了。）

比方：

/**
 * Description: SimpleDateFormat就一份，不浪费资源。
 *
 * @author TongWei.Chen 2020-07-10 14:00:29
 */
public class ThreadLocalTest05 {

    public static String dateToStr(int millisSeconds) {
        Date date = new Date(millisSeconds);
        SimpleDateFormat simpleDateFormat = ThreadSafeFormatter.dateFormatThreadLocal.get();
        return simpleDateFormat.format(date);
    }

    private static final ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100);

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 3000; i++) {
            int j = i;
            executorService.execute(() -> {
                String date = dateToStr(j * 1000);
                // 从后果中能够看出是线程平安的，工夫没有反复的。
                System.out.println(date);
            });
        }
        executorService.shutdown();
    }
}

class ThreadSafeFormatter {
    public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal = new ThreadLocal() {
        @Override
        protected SimpleDateFormat initialValue() {
            return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
        }
    };

    // java8的写法，装逼神器
//    public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal =
//            ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss"));
}

仔细的敌人曾经发现了，这TM也是每个线程都创立一个SimpleDateFormat啊，跟间接在办法外部new没区别，错了，大错特错！1个申请进来是一个线程，他可能贯通了N个办法，你这N个办法假如有3个都在应用dateToStr()，你间接new的话会产生三个SimpleDateFormat对象，而用ThreadLocal的话只会产生一个对象，一个线程一个。

  • 每个线程内须要保留全局变量（比方在登录胜利后将用户信息存到ThreadLocal里，而后以后线程操作的业务逻辑间接get取就完事了，无效的防止的参数来回传递的麻烦之处），肯定层级上缩小代码耦合度。

再细化一点就是：

  • 比方存储 交易id等信息。每个线程公有。
  • 比方aop里记录日志须要before记录申请id，end拿出申请id，这也能够。
  • 比方jdbc连接池（很典型的一个ThreadLocal用法）
  • ….等等….

三、外围常识

1、类关系

每个Thread对象中都持有一个ThreadLocalMap的成员变量。每个ThreadLocalMap外部又保护了N个Entry节点，也就是Entry数组，每个Entry代表一个残缺的对象，key是ThreadLocal自身，value是ThreadLocal的泛型值。

外围源码如下

// java.lang.Thread类里持有ThreadLocalMap的援用
public class Thread implements Runnable {
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
}

// java.lang.ThreadLocal有外部动态类ThreadLocalMap
public class ThreadLocal<T> {
    static class ThreadLocalMap {
        private Entry[] table;
        
        // ThreadLocalMap外部有Entry类，Entry的key是ThreadLocal自身，value是泛型值
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            Object value;
            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
    }
}

2、类关系图

ThreadLocal内存结构图。

3、次要办法

  • initialValue：初始化。在get办法里懒加载的。
  • get：失去这个线程对应的value。如果调用get之前没set过，则get外部会执行initialValue办法进行初始化。
  • set：为这个线程设置一个新值。
  • remove：删除这个线程对应的值，避免内存泄露的最佳伎俩。

3.1、initialValue

3.1.1、什么意思

见名知意，初始化一些value（泛型值）。懒加载的。

3.1.2、触发机会

调用get办法之前没有调用set办法，则get办法外部会触发initialValue，也就是说get的时候如果没拿到货色，则会触发initialValue。

3.1.3、补充阐明

  • 通常，每个线程最多调用一次此办法。然而如果曾经调用了remove()，而后再次调用get()的话，则能够再次触发initialValue。
  • 如果要重写的话个别倡议采取匿名外部类的形式重写此办法，否则默认返回的是null。

比方：

public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal = new ThreadLocal() {
    @Override
    protected SimpleDateFormat initialValue() {
        return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
    }
};
// Java8的高逼格写法
public static ThreadLocal<SimpleDateFormat> dateFormatThreadLocal =
            ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss"));

3.1.4、源码

// 由子类提供实现。
// protected的含意就是交给子类干的。
protected T initialValue() {
    return null;
}

3.2、get

3.2.1、什么意思

获取以后线程下的ThreadLocal中的值。

3.2.2、源码

/**
 * 获取以后线程下的entry里的value值。
 * 先获取以后线程下的ThreadLocalMap，
 * 而后以以后ThreadLocal为key取出map中的value
 */
public T get() {
    // 获取以后线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取以后线程对应的ThreadLocalMap对象。
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    // 若获取到了。则获取此ThreadLocalMap下的entry对象，若entry也获取到了，那么间接获取entry对应的value返回即可。
    if (map != null) {
        // 获取此ThreadLocalMap下的entry对象
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        // 若entry也获取到了
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            // 间接获取entry对应的value返回。
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    // 若没获取到ThreadLocalMap或没获取到Entry，则设置初始值。
    // 知识点：我早就说了，初始值办法是提早加载，只有在get才会用到，这下看到了吧，只有在这获取没获取到才会初始化，下次就必定有值了，所以只会执行一次！！！
    return setInitialValue();
}

3.3、set

3.3.1、什么意思

其实干的事和initialValue是一样的，都是set值，只是调用机会不同。set是想用就用，api摆在这里，你想用就调一下set办法。很自在。

3.3.2、源码

/**
 * 设置以后线程的线程局部变量的值
 * 实际上ThreadLocal的值是放入了以后线程的一个ThreadLocalMap实例中，所以只能在本线程中拜访。
 */
public void set(T value) {
    // 获取以后线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取以后线程对应的ThreadLocalMap实例，留神这里是将t传进去了，t是以后线程，就是说ThreadLocalMap是在线程里持有的援用。
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    // 若以后线程有对应的ThreadLocalMap实例，则将以后ThreadLocal对象作为key，value做为值存到ThreadLocalMap的entry里。
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        // 若以后线程没有对应的ThreadLocalMap实例，则创立ThreadLocalMap，并将此线程与之绑定
        createMap(t, value);
}

3.4、remove

3.4.1、什么意思

将以后线程下的ThreadLocal的值删除，目标是为了缩小内存占用。次要目标是避免内存透露。内存透露问题上面会说。

3.4.2、源码

/**
 * 将以后线程局部变量的值删除，目标是为了缩小内存占用。次要目标是避免内存透露。内存透露问题上面会说。
 */
public void remove() {
    // 获取以后线程的ThreadLocalMap对象，并将其移除。
    ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
    if (m != null)
        // 间接移除以以后ThreadLocal为key的value
        m.remove(this);
}

4、ThreadLocalMap

为啥独自拿出来说下，我就是想强调一点：这个货色是归Thread类所有的。它的援用在Thread类里，这也证实了一个问题：ThreadLocalMap类外部为什么有Entry数组，而不是Entry对象？

因为你业务代码能new好多个ThreadLocal对象，各司其职。然而在一次申请里，也就是一个线程里，ThreadLocalMap是同一个，而不是多个，不论你new几次ThreadLocal，ThreadLocalMap在一个线程里就一个，因为再说一次，ThreadLocalMap的援用是在Thread里的，所以它外面的Entry数组寄存的是一个线程里你new进去的多个ThreadLocal对象。

外围源码如下：

// 在你调用ThreadLocal.get()办法的时候就会调用这个办法，它的返回是以后线程里的threadLocals的援用。
// 这个援用指向的是ThreadLocal里的ThreadLocalMap对象
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

public class Thread implements Runnable {
    // ThreadLocal.ThreadLocalMap
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
}

四、残缺源码

1、外围源码

// 本地线程。Thread：线程。Local：本地
public class ThreadLocal<T> {

    // 结构器
 public ThreadLocal() {}

    // 初始值，用来初始化值用的，比方：ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<>();
    // 你想Integer value = count.get(); value++;这样是报错的，因为count当初还没值，取出来的是个null,所以你须要先重写此办法为value赋上初始值，自身办法是protected也代表就是为了子类重写的。
    // 此办法是一个提早调用办法，在线程第一次调用get的时候才执行，上面具体分析源码就晓得了。
 protected T initialValue() {}

    // 创立ThreadLocalMap，ThreadLocal底层其实就是一个map来保护的。
 void createMap(Thread t, T firstValue) {}

    // 返回应当火线程对应的线程局部变量值。
 public T get() {}

    // 获取ThreadLocalMap
 ThreadLocalMap getMap(Thread t) {}

    // 设置以后线程的线程局部变量的值
 public void set(T value) {}

    // 将以后线程局部变量的值删除，目标是为了缩小内存占用。其实当线程完结后对应该线程的局部变量将主动被垃圾回收，所以无需咱们调用remove，咱们调用remove无非也就是放慢内存回收速度。
 public void remove() {}

    // 设置初始值，调用initialValue
 private T setInitialValue() {}

    // 动态外部类，一个map来保护的！！！
 static class ThreadLocalMap {
  
        // ThreadLocalMap的动态外部类，继承了弱援用，这正是不会造成内存透露根本原因
        // Entry的key为ThreadLocal并且是弱援用。value是值
  static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {}
 }

}

2、set()

/**
 * 设置以后线程的线程局部变量的值
 * 实际上ThreadLocal的值是放入了以后线程的一个ThreadLocalMap实例中，所以只能在本线程中拜访。
 */
public void set(T value) {
    // 获取以后线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取以后线程对应的ThreadLocalMap实例
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    // 若以后线程有对应的ThreadLocalMap实例，则将以后ThreadLocal对象作为key，value做为值存到ThreadLocalMap的entry里。
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        // 若以后线程没有对应的ThreadLocalMap实例，则创立ThreadLocalMap，并将此线程与之绑定
        createMap(t, value);
}

3、getMap()

// 在你调用ThreadLocal.get()办法的时候就会调用这个办法，它的返回是以后线程里的threadLocals的援用。
// 这个援用指向的是ThreadLocal里的ThreadLocalMap对象
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

public class Thread implements Runnable {
    // ThreadLocal.ThreadLocalMap
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
}

4、map.set()

// 不多BB，就和HashMap的set一个情理，只是赋值key,value。
// 须要留神的是这里key是ThreadLocal对象，value是值
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {}

5、createMap()

/**
 * 创立ThreadLocalMap对象。
 * t.threadLocals在下面的getMap中具体介绍了。此处不BB。
 * 实例化ThreadLocalMap并且传入两个值，一个是以后ThreadLocal对象一个是value。
 */
void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

// ThreadLocalMap结构器。
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
    table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
    int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
    // 重点看这里！！！！！！
    // new了一个ThreadLocalMap的外部类Entry，且将key和value传入。
    // key是ThreadLocal对象。
    table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
    size = 1;
    setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}

/**
 * 到这里敌人们应该水落石出了，其实ThreadLocal就是外部保护一个ThreadLocalMap，
 * 而ThreadLocalMap外部又保护了一个Entry对象。Entry对象是key-value模式，
 * key是ThreadLocal对象，value是传入的value
 * 所以咱们对ThreadLocal的操作其实都是对外部的ThreadLocalMap.Entry的操作
 * 所以保障了线程之前互不烦扰。
 */

6、get()

/**
 * 获取以后线程下的entry里的value值。
 * 先获取以后线程下的ThreadLocalMap，
 * 而后以以后ThreadLocal为key取出map中的value
 */
public T get() {
    // 获取以后线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取以后线程对应的ThreadLocalMap对象。
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    // 若获取到了。则获取此ThreadLocalMap下的entry对象，若entry也获取到了，那么间接获取entry对应的value返回即可。
    if (map != null) {
        // 获取此ThreadLocalMap下的entry对象
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        // 若entry也获取到了
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            // 间接获取entry对应的value返回。
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    // 若没获取到ThreadLocalMap或没获取到Entry，则设置初始值。
    // 知识点：我早就说了，初始值办法是提早加载，只有在get才会用到，这下看到了吧，只有在这获取没获取到才会初始化，下次就必定有值了，所以只会执行一次！！！
    return setInitialValue();
}

7、setInitialValue()

// 设置初始值
private T setInitialValue() {
    // 调用初始值办法，由子类提供。
    T value = initialValue();
    // 获取以后线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 获取map
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    // 获取到了
    if (map != null)
        // set
        map.set(this, value);
    else
        // 没获取到。创立map并赋值
        createMap(t, value);
    // 返回初始值。
    return value;
}

8、initialValue()

// 由子类提供实现。
// protected
protected T initialValue() {
    return null;
}

9、remove()

/**
 * 将以后线程局部变量的值删除，目标是为了缩小内存占用。
 * 其实当线程完结后对应该线程的局部变量将主动被垃圾回收，所以无需咱们调用remove，咱们调用remove无非也就是放慢内存回收速度。
 */
public void remove() {
    // 获取以后线程的ThreadLocalMap对象，并将其移除。
    ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
    if (m != null)
        m.remove(this);
}

10、小结

只有捋分明如下几个类的关系，ThreadLocal将变得so easy！

Thread、ThreadLocal、ThreadLocalMap、Entry

一句话总结就是：Thread保护了ThreadLocalMap，而ThreadLocalMap里保护了Entry，而Entry里存的是以ThreadLocal为key，传入的值为value的键值对。

五、答疑（面试题）

1、和Synchronized的区别

问：他和线程同步机制（如：Synchronized）提供一样的性能，这个很吊啊。

答：放屁！同步机制保障的是多线程同时操作共享变量并且能正确的输入后果。ThreadLocal不行啊，他把共享变量变成线程公有了，每个线程都有独立的一个变量。举个通俗易懂的案例：网站计数器，你给变量count++的时候带上synchronized即可解决。ThreadLocal的话做不到啊，他没发统计，他只能说能统计每个线程登录了多少次。

2、存储在jvm的哪个区域

问：线程公有，那么就是说ThreadLocal的实例和他的值是放到栈上咯？

答：不是。还是在堆的。ThreadLocal对象也是对象，对象就在堆。只是JVM通过一些技巧将其可见性变成了线程可见。

3、真的只是以后线程可见吗

问：真的只是以后线程可见吗？

答：貌似不是，貌似通过InheritableThreadLocal类能够实现多个线程拜访ThreadLocal的值，然而我没钻研过，晓得这码事就行了。

4、会导致内存透露么

问：会导致内存透露么？

答：剖析一下：

  • 1、ThreadLocalMap.Entry的key会内存透露吗？
  • 2、ThreadLocalMap.Entry的value会内存透露吗？

先看下key-value的外围源码

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

先看继承关系，发现是继承了弱援用，而且key间接是交给了父类解决super(key)，父类是个弱援用，所以key齐全不存在内存透露问题，因为他不是强援用，它能够被GC回收的。

弱援用的特点：如果这个对象只被弱援用关联，没有任何强援用关联，那么这个对象就能够被GC回收掉。弱援用不会阻止GC回收。这是jvm常识。

再看value，发现value是个强援用，然而想了下也没问题的呀，因为线程终止了，我管你强援用还是弱援用，都会被GC掉的，因为援用链断了（jvm用的可达性分析法，线程终止了，根节点就断了，上面的都会被回收）。

这么剖析一点故障都没有，然而忘了一个次要的角色，那就是线程池，线程池的存在外围线程是不会销毁的，只有创立进去他会重复利用，生命周期不会完结掉，然而key是弱援用会被GC回收掉，value强援用不会回收，所以造成了如下局面：

Thread->ThreadLocalMap->Entry(key为null)->value

因为value和Thread还存在链路关系，还是可达的，所以不会被回收，这样越来越多的垃圾对象产生却无奈回收，晚上内存透露，工夫久了必然OOM。

解决方案ThreadLocal曾经为咱们想好了，提供了remove()办法，这个办法是将value移出去的。所以用完后记得remove()。

5、为什么用Entry数组而不是Entry对象

这个其实次要想考ThreadLocalMap是在Thread里持有的援用。

问：ThreadLocalMap外部的table为什么是数组而不是单个对象呢？

答：因为你业务代码能new好多个ThreadLocal对象，各司其职。然而在一次申请里，也就是一个线程里，ThreadLocalMap是同一个，而不是多个，不论你new几次ThreadLocal，ThreadLocalMap在一个线程里就一个，因为ThreadLocalMap的援用是在Thread里的，所以它外面的Entry数组寄存的是一个线程里你new进去的多个ThreadLocal对象。

6、你学习的开源框架哪些用到了ThreadLocal

Spring框架。

DateTimeContextHolder

RequestContextHolder

7、ThreadLocal里的对象肯定是线程平安的吗

未必，如果在每个线程中ThreadLocal.set()进去的货色原本就是多线程共享的同一个对象，比方static对象，那么多个线程的ThreadLocal.get()获取的还是这个共享对象自身，还是有并发拜访线程不平安问题。

8、口试题

问：上面这段程序会输入什么？为什么？

public class TestThreadLocalNpe {
    private static ThreadLocal<Long> threadLocal = new ThreadLocal();

    public static void set() {
        threadLocal.set(1L);
    }

    public static long get() {
        return threadLocal.get();
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            set();
            System.out.println(get());
        }).start();
        // 目标就是为了让子线程先运行完
        Thread.sleep(100);
        System.out.println(get());
    }
}

答：

1
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
 at com.chentongwei.study.thread.TestThreadLocalNpe.get(TestThreadLocalNpe.java:16)
 at com.chentongwei.study.thread.TestThreadLocalNpe.main(TestThreadLocalNpe.java:26)

为什么？

为什么输入个1，而后空指针了？

首先输入1是没任何问题的，其次主线程空指针是为什么？

如果你这里答复

1
1

那我祝贺你，你连ThreadLocal都不晓得是啥，这显著两个线程，子线程和主线程。子线程设置1，主线程必定拿不到啊，ThreadLocal和线程是嘻嘻相干的。这个不多费口舌。

说说为什么是空指针？

因为你get办法用的long而不是Long，那也应该返回null啊，大哥，long是根本类型，默认值是0，没有null这一说法。ThreadLocal里的泛型是Long，get却是根本类型，这须要拆箱操作的，也就是会执行null.longValue()的操作，这绝逼空指针了。

看似一道Javase的根底题目，实则暗藏了很多常识。

六、ThreadLocal工具类

package com.duoku.base.util;

import com.google.common.collect.Maps;
import org.springframework.core.NamedThreadLocal;

import java.util.Map;

/**
 * Description:
 *
 * @author TongWei.Chen 2019-09-09 18:35:30
 */
public class ThreadLocalUtil {

    private static final ThreadLocal<Map<String, Object>> threadLocal = new NamedThreadLocal("xxx-threadlocal") {
        @Override
        protected Map<String, Object> initialValue() {
            return Maps.newHashMap();
        }
    };

    public static Map<String, Object> getThreadLocal(){
        return threadLocal.get();
    }
    
    public static <T> T get(String key) {
        Map map = threadLocal.get();
        // todo:copy a new one
        return (T)map.get(key);
    }

    public static <T> T get(String key,T defaultValue) {
        Map map = threadLocal.get();
        return (T)map.get(key) == null ? defaultValue : (T)map.get(key);
    }

    public static void set(String key, Object value) {
        Map map = threadLocal.get();
        map.put(key, value);
    }

    public static void set(Map<String, Object> keyValueMap) {
        Map map = threadLocal.get();
        map.putAll(keyValueMap);
    }

    public static void remove() {
        threadLocal.remove();
    }

}

写在最初

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