ThreadLocal面试突击！超级详细

声明

本文用于面试总结，没有基础的同学，可以看这个视频：
java基础教程由浅入深全面解析threadlocal

什么是ThreadLocal？

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大意：ThreadLocal类提供线程局部变量，这些变量与其他普通共享变量在于，每一个线程都有自己独立的一份进行过初始化复制的变量，ThreadLocal的实列通常在类中是private static的，这样做是希望将实列的状态与Thread关联。

结构演变

在JDK8前，ThreadLocal中会维护一个ThreadLocalMap，这个ThreadLocalMap中包含一个Entry数组，Entry的key值是当前Thread，value是要存储的变量值。
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在JDK8后进行了优化，每个线程中维护一个ThreadLocalMap，key值变为ThreadLocal对象，value不变，这样的好处有两点：

在JDK8前，每多一个线程，就意味着多一个key，key越多，意味着hash冲突也就越多，而JDK8将key修改为ThreadLocal，ThreadLocal的数量往往是小于Thread的数量。
在JDK8前，ThreadLocal不会随着Thread的结束而释放内存，而JDK8在Thread使用完后ThreadLocal就会释放，减少缓存的占用。

弱引用

在JVM中，当指向一个对象的引用只有弱引用时，这个对象在任何时刻都有可能被GC回收。
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这样做的好处：当ThreadLocal使用完后，ThreadLocalRef就会断开，此时的ThreadLocal只有key的弱引用，这样就可以被GC回收。同时当ThreadLocal被回收时，key的值就变为null，在Thread的getEntry和set方法中都会将key为null的Entry的value也变为null，这样进一步减少了内存的占用。

内存泄漏

出现内存的根本原因就是：由于ThreadLocalMap是Thread的一个属性，其生命周期与Thread一样，这样CurrentThreadRef这个强引用就一直不会断，同时由于强应用使得GC不能执行回收，这样就导致CurrentThreadRef-CurrentThread-ThreadLocalMap-Entry[] 形成了一条强引用链，如果在ThreadLocal使用完后不将对应Entry删除，那么这个Entry就会一直存在且无法被访问，从而导致了内存泄漏。
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Hash冲突

ThreadLocal并不是和HashMap一样采用拉链发解决冲突，而是采用线性探测法。

从当前发生冲突的位置开始按照顺序遍历，for循环中定义了两种情况：

当k==key，key值相同，执行更新操作。
当k==null，就是ThreadLocal已经被GC了，执行replaceStaleEntry将Entry替换掉。

如果for循环执行完后，任然没有找到位置，那么就创建一个新的Entry插入进去，同时需要考虑要不要扩容类。
cleanSomeSlots中会按照一定方法寻找stale的Entry，找到就将其remove掉并返回true，没找到就返回false。
threshold与HashMap中的类似，两个条件同时满足时就进行rehash。

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;
            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();
        }

面试题

为什么 ThreadLocalMap 的 key 是弱引用？

如果是强引用的话，threadlocal由于被key强引用了就无法被gc，那么key就一直有对应值，value也无法被回收。
如果为弱引用threadlocal就可以被gc，那么key就为null，而在set/get entry方法里，当key为null时，会将value也置为null。

ThreadLocal 的应用场景有哪些？

其中spring中的事务管理器就是使用的ThreadLocal，使得同一线程内获取的connection是同一对象。

ThreadLocal 的内存泄露是怎么回事？

根本原因是threadlocalmap和thread的生命周期一样长，在使用完threadlocal后不调用remove删除对应的Entry的话，就会导致。虽然map中弱引用的threadlocal会被gc，但由于thread强引用threadlocalmap，threadmap中entry占用的内存空间不会被gc掉，但是由于key的threadlocal已经被gc了，这个entry无法访问，从而导致内存泄漏。

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ThreadLocal 如何解决 Hash 冲突？

采用线性探测法，当发现这个位置已经被占用后，就会按顺序查找下去，直到空位就插入，如果遍历完后还是没有找到就new一个entry进去，此时new一个进去后还需要判断是否要扩容。

ThreadLocal 工作原理是什么？

在jdk8前，threadlocal中包含一个threadlocalmap，这个map的key值为thread，value为要存储的变量，而在jdk8，每个线程中都包含一个threadlocal，threadlocal中维护一个map，此时map的key为threadlocal本身，value任然为存储的变量，这样可以减少key的个数，jdk8之前，thread越多，key就越多。同时threadlocal会随着thread使用完后就释放，减少占用内存空间。