美团Java后端面试题，巧妙的回答ThreadLocal原理！

太过爱你忘了你带给我的痛 2022-12-07 15:06 175阅读 0赞

> 想要去好点的公司，想要去前景好的公司都对技术要求挺高的，面试时技术问也会相应的难些，就拿美团来说，它好像比较喜欢线程安全机制问题，之前就有小伙伴被问倒了！所以今天就详细讲一讲ThreadLocal原理。

**ThreadLocal**  
ThreadLocal是线程的内部存储类，可以在指定线程内存储数据。只有指定线程可以得到存储数据。

/** * This class provides thread-local variables. These variables differ from * their normal counterparts in that each thread that accesses one (via its * {@code get} or {@code set} method) has its own, independently initialized * copy of the variable. {@code ThreadLocal} instances are typically private * static fields in classes that wish to associate state with a thread (e.g., * a user ID or Transaction ID). */

每个线程都有一个ThreadLocalMap的实例对象，并且通过ThreadLocal管理ThreadLocalMap。

/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained * by the ThreadLocal class. */
        ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

每个新线程都会实例化为一个ThreadLocalMap并且赋值给成员变量ThreadLocals，使用时若已经存在threadLocals则直接使用已经存在的对象。

**应用场景**  
当某些数据是以线程为作用域并且不同线程有不同数据副本时，考虑ThreadLocal。

无状态，副本变量独立后不影响业务逻辑的高并发场景。

如果如果业务逻辑强依赖于副本变量，则不适合用ThreadLocal解决。  
**get()与set()**  
set()是调用ThreadLocalMap的set()实现的：

public void set(T value) { 
            Thread t = Thread.currentThread();
            ThreadLocalMap map = getMap(t);
            if (map != null)
                map.set(this, value);
            else
                createMap(t, value);
        }
    //getMap方法
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) { 
          //thred中维护了一个ThreadLocalMap
          return t.threadLocals;
     }
    
    //createMap
    void createMap(Thread t, T firstValue) { 
          //实例化一个新的ThreadLocalMap，并赋值给线程的成员变量threadLocals
          t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

**ThreadLocalMap：**  
ThreadLocalMap为每个Thread都维护了一个数组table，ThreadLocal确定了一个数组下标，而这个下标是value存储的对应位置。

\[图片上传中…(image-cd716a-1587459684812-0)\]

ThreadLocalMaps是延迟构造的，因此只有在至少要放置一个条目时才创建。

ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) { 
                table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
                int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
                table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
                size = 1;
                setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
            }

ThreadLocalMap初始化时创建了默认长度是16的Entry数组。通过hashCode与length位运算确定索引值i。

每个Thread都有一个ThreadLocalMap类型。相当于每个线程Thread都有一个Entry型的数组table。而一切读取过程都是通过操作这个数组table进行的。

**set() 方法**

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) { 
                // We don't use a fast path as with get() because it is at
                // least as common to use set() to create new entries as
                // it is to replace existing ones, in which case, a fast
                // path would fail more often than not.
    
                Entry[] tab = table;
                int len = tab.length;
                //通过&运算计算索引
                int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
    
                for (Entry e = tab[i];
                     e != null;
                     e = tab[i = nextIndex(i, len)]) { 
                    ThreadLocal<?> k = e.get();
                    //如果存在key则覆盖
                    if (k == key) { 
                        e.value = value;
                        return;
                    }
                    if (k == null) { 
                        replaceStaleEntry(key, value, i);
                        return;
                    }
                }
                //新建结点插入
                tab[i] = new Entry(key, value);
                int sz = ++size;
                if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                    rehash();
            }

将threadLocalHashCode与长度进行位运算得到索引。

**threadLocalHashCode的代码如下：**

private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
       /** * The next hash code to be given out. Updated atomically. Starts at * zero. */
        private static AtomicInteger nextHashCode =
            new AtomicInteger();
    
        /** * The difference between successively generated hash codes - turns * implicit sequential thread-local IDs into near-optimally spread * multiplicative hash values for power-of-two-sized tables. */
        private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
    
        /** * Returns the next hash code. */
        private static int nextHashCode() { 
            return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
        }

由于是static变量，threadLocalHashCode在每次加载threadLocal类时会重新初始化，同时会自增一次，增加HASH\_INCREMENT（斐波那契散列乘数，通过该数散列出来的结果会比较均匀）。

static变量也称作静态变量，静态变量和非静态变量的区别是：静态变量被所有的对象所共享，在内存中只有一个副本，它当且仅当在类初次加载时会被初始化。

而非静态变量是对象所拥有的，在创建对象的时候被初始化，存在多个副本，各个对象拥有的副本互不影响。static成员变量的初始化顺序按照定义的顺序进行初始化。

对于一个ThreadLocal来讲，他的索引值i是确定的。对于不同线程，同一个threadlocal对应的是不同table的同一下标，即是table\[i\]，不同线程之间的table是相互独立的。

**get() 方法**  
计算索引，直接取出：

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();
        }

**remove() 方法**

/** * Remove the entry for key. */
       private void remove(ThreadLocal<?> key) { 
           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)]) { 
               if (e.get() == key) { 
                   e.clear();
                   expungeStaleEntry(i);
                   return;
               }
           }
       }

**线程隔离特性：**  
线程隔离特性，只有在线程内才能获取到对应的值，线程外不能访问。

（1）Synchronized是通过线程等待，牺牲时间来解决访问冲突。  
（2）ThreadLocal是通过每个线程单独一份存储空间，牺牲空间来解决冲突。

**内存泄露问题：**  
存在内存泄露问题，每次使用完ThreadLocal，都调用它的remove()方法，清除数据。

**Demo程序：**

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
    /** * <h3>Exper1</h3> * <p>ThreadLocalId</p> * * @author : cxc * @date : 2020-04-01 23:48 **/
      public class ThreadLocalId { 
          // Atomic integer containing the next thread ID to be assigned
              private static final AtomicInteger nextId = new AtomicInteger(0);
    
              // Thread local variable containing each thread's ID
              private static final ThreadLocal <Integer> threadId =
                  new ThreadLocal<Integer>()
              { 
                  @Override
                  protected Integer initialValue() { 
                      return nextId.getAndIncrement();
                  }
              };
    
              // Returns the current thread's unique ID, assigning it if necessary
              public static int get() { 
                return threadId.get();
              }
              public static void remove() { 
                threadId.remove();
              }
      }
    
    /** * <h3>Exper1</h3> * <p></p> * * @author : cxc * @date : 2020-04-02 00:07 **/
    public class ThreadLocalMain { 
      private static void incrementSameThreadId(){ 
        try{ 
          for(int i=0;i<5;i++){ 
            System.out.println(Thread.currentThread()
            +"_"+i+",threadId:"+
                ThreadLocalId.get());
          }
        }finally { 
          ThreadLocalId.remove();
        }
      }
    
      public static void main(String[] args) { 
        incrementSameThreadId();
        new Thread(new Runnable() { 
          @Override
          public void run() { 
            incrementSameThreadId();
          }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() { 
          @Override
          public void run() { 
            incrementSameThreadId();
          }
        }).start();
      }
    }

## 总结： ##

咱们玩归玩，闹归闹，别拿面试开玩笑。ThreadLocal的原理在面试中几乎被问烂了。Thread的私有数据是存储在ThreadLocalMap，通过ThreadLoacl进行管理。要了解ThreadLocal的原理，最好多阅读几遍源码，尤其是ThreadLocalMap的源码部分。大家面试前要把知识点记牢。要是需要更多的Java后端的面试资料或者线程方面学习资料的可以[点击这里，暗号：cszq][cszq]，也可以**关注+私信**我，免费提供！  
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最后祝大家工作都能顺顺利利哦！

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