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Java 200+ 面试题补充 ThreadLocal 模块

王磊的博客
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发布于 03/08 09:32
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让我们每天都有进步,老王带你打造最全的 Java 面试清单,认真把一件事做到极致。

本文是前文《Java 最常见的 200+ 面试题》的第一个补充模块。

1.ThreadLocal 是什么?

ThreadLocal 是一个本地线程副本变量工具类。主要用于将私有线程和该线程存放的副本对象做一个映射,各个线程之间的变量互不干扰,在高并发场景下,可以实现无状态的调用,适用于各个线程不共享变量值的操作。

2.ThreadLocal 工作原理是什么?

ThreadLocal 原理:每个线程的内部都维护了一个 ThreadLocalMap,它是一个 Map(key,value)数据格式,key 是一个弱引用,也就是 ThreadLocal 本身,而 value 存的是线程变量的值。

也就是说 ThreadLocal 本身并不存储线程的变量值,它只是一个工具,用来维护线程内部的 Map,帮助存和取变量。

数据结构,如下图所示:

(图片来源于网络)

3.ThreadLocal 如何解决 Hash 冲突?

与 HashMap 不同,ThreadLocalMap 结构非常简单,没有 next 引用,也就是说 ThreadLocalMap 中解决 Hash 冲突的方式并非链表的方式,而是采用线性探测的方式。所谓线性探测,就是根据初始 key 的 hashcode 值确定元素在 table 数组中的位置,如果发现这个位置上已经被其他的 key 值占用,则利用固定的算法寻找一定步长的下个位置,依次判断,直至找到能够存放的位置。

源代码实现如下:

/
 * Increment i modulo len.
 */
private static int nextIndex(int i, int len) {
    return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}

/
 * Decrement i modulo len.
 */
private static int prevIndex(int i, int len) {
    return ((i - 1 >= 0) ? i - 1 : len - 1);
}

4.ThreadLocal 的内存泄露是怎么回事?

ThreadLocal 在 ThreadLocalMap 中是以一个弱引用身份被 Entry 中的 Key 引用的,因此如果 ThreadLocal 没有外部强引用来引用它,那么 ThreadLocal 会在下次 JVM 垃圾收集时被回收。这个时候 Entry 中的 key 已经被回收,但是 value 又是一强引用不会被垃圾收集器回收,这样 ThreadLocal 的线程如果一直持续运行,value 就一直得不到回收,这样就会发生内存泄露。

5.为什么 ThreadLocalMap 的 key 是弱引用?

我们知道 ThreadLocalMap 中的 key 是弱引用,而 value 是强引用才会导致内存泄露的问题,至于为什么要这样设计,这样分为两种情况来讨论:

  • key 使用强引用:这样会导致一个问题,引用的 ThreadLocal 的对象被回收了,但是 ThreadLocalMap 还持有 ThreadLocal 的强引用,如果没有手动删除,ThreadLocal 不会被回收,则会导致内存泄漏。
  • key 使用弱引用:这样的话,引用的 ThreadLocal 的对象被回收了,由于 ThreadLocalMap 持有 ThreadLocal 的弱引用,即使没有手动删除,ThreadLocal 也会被回收。value 在下一次 ThreadLocalMap 调用 set、get、remove 的时候会被清除。

比较以上两种情况,我们可以发现:由于 ThreadLocalMap 的生命周期跟 Thread 一样长,如果都没有手动删除对应 key,都会导致内存泄漏,但是使用弱引用可以多一层保障,弱引用 ThreadLocal 不会内存泄漏,对应的 value 在下一次 ThreadLocalMap 调用 set、get、remove 的时候被清除,算是最优的解决方案。

6.ThreadLocal 的应用场景有哪些?

ThreadLocal 适用于独立变量副本的情况,比如 Hibernate 的 session 获取场景。

示例代码:

private static final ThreadLocal<Session> threadLocal = new ThreadLocal<Session>();

public static Session getCurrentSession(){
    Session session =  threadLocal.get();
    try {
        if(session ==null&&!session.isOpen()){
            //...
        }
        threadLocal.set(session);
    } catch (Exception e) {
        // TODO: handle exception
    }
    return session;
}

查看所有面试题:《Java 最常见 200+ 面试题》

参考资料

https://www.jianshu.com/p/a1cd61fa22da

https://www.jianshu.com/p/98b68c97df9b

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