Java并发编程（2）

ThreadLocal

1、ThreadLocal是什么

　　ThreadLocal就是线程本地变量，若创建了一个ThreadLocal变量，那访问这个变量的每个线程都会有这个变量的本地拷贝，但多个线程操作这个变量时，实际是操作自己本地内存里的变量，可以起到线程隔离的作用，避免了线程安全问题。

//创建一个ThreadLocal变量localVariable
/ /创建⼀个ThreadLocal变 量
public static ThreadLocal < String > localVariable = new ThreadLocal < > ();

//写入：线程可以在任何地方使用localVariable
localVariable.set("xxxx");

//读取：线程在任何地方读取的都是它写入的变量
localVariable.get();        //xxxx

2、你在工作中用到过ThreadLocal吗

　　用到过，比如在登陆的时候，用户每次访问接口在请求头都会携带一个token，在控制层可以根据这个token，解析出用户的基本信息。由于在后面的服务层、持久层都会用到责怪用户信息，这时候就可以用到ThreadLocal，在控制层拦截请求把用户信息存入ThreadLocal，这样在其他任何地方都可以取出T和read Local中存的用户数据。

　　很多其他场景如cookie、session、数据库连接池都可以用ThreadLocal。

3、ThreadLocal怎么实现的

　　每个Thread对象里，有一个成员变量ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null; 说明每个线程都有一个属于自己的ThreadLocalMap。当调用threadLocal.set(value) 时，会发生：

先获取当前线程 Thread t = Thread.currentThread();
再拿到该线程ThreadLocalMap
把数据存进去，形式是 <key, value>

　　那这里的key和value是什么？value就是set进去的对象。key不是ThreadLocal本身，而是ThreadLocal 的一个 弱引用。

　　那为什么是弱引用呢？假如key是强引用，若某个ThreadLocal 对象没有外部引用了（ThreadLocal = null），但ThreadLocalMap还持有它，那它就永远不会被GC，造成内存泄露。用了弱引用之后，一旦外部不再持有ThreadLocal，GC就会把它回收。ThreadLocalMap中的key会变成null，只剩下value。JVM之后会清理这些key为null的Entry，避免泄露。

4、ThreadLocal内存泄露是怎么回事

key是弱引用：
- 外部不再引用ThreadLocal 对象，GC 会回收它。ThreadLocalMap里的entry变成<null, value>，value还在，但程序员无法通过ThreadLocal拿到这份数据。若线程是线程池里的长生命周期线程，这块value会一直留在内存，直到线程结束才可能释放-->内存泄露
key是强引用：
- 即使外部不再引用 ThreadLocal，它也不会被 GC，因为 map 还持有强引用。
- 弱引用可以减轻泄露风险。
如何避免内存泄露（最佳实践）

try {
    local.set(new User("Alice"));
    // 业务逻辑
} finally {
    local.remove(); // ✅ 主动清理，避免泄漏
}

5、ThreadLocalMap的结构了解吗

　　ThreadLocalMap是一个定制化的Map，存放在Thread对象里，每个Thread维护一个自己的ThreadLocalMap，里面的key就是弱引用ThreadLocal。它没有实现Map接口（是内部类，只服务于ThreadLocal），主要是一个Entry[] table数组（每个 Entry 保存 <ThreadLocal弱引用, value>）。

　　每次创建新的ThreadLocal对象，都会分配一个threadLocalHashCode值。这个值不是简单的1,2,3...自增，而是每次递增一个特殊的常数0x61c88647。这个数来自黄金分割数(√5 - 1) / 2 ≈ 0.618...。这样可以让哈希值分布更均匀，避免冲突集中。

6、ThreadLocalMap怎么结局hash冲突的

　　ThreadLocalMap使用开放定址法，这个坑被人占了就去接着找空着的坑。若插入一个value，通过hash计算后应该落入某个槽位，但这个坑已经被占了，且Entry数据的key和当前不相等，此时会线性向后查找，一直找到为null的槽位才会停止。

　　get的时候，也会根据ThreadLocal对象的hash值定位到table中的位置，然后判断该槽位Entry对象中的key是否和get的key一致，若不一致，就判断下一个位置。

7、ThreadLocal扩容机制了解吗

　　在ThreadLocalMap.set() 里，若存入元素时发现表里的Entry数量达到阈值(len*2/3)，就会触发rehash（）。

清理掉已经失效（key=null）的Entry
如果清理后size依然>=3/4 * threshold，就触发resize（）扩容。

private void resize() {
    Entry[] oldTab = table;
    int oldLen = oldTab.length;
    int newLen = oldLen * 2;   // 新数组长度翻倍
    Entry[] newTab = new Entry[newLen];

    for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {
        Entry e = oldTab[j];
        if (e != null) {
            ThreadLocal<?> k = e.get();
            if (k == null) {
                e.value = null;  // key 已被回收，帮助 GC
            } else {
                // 重新计算哈希位置
                int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
                while (newTab[h] != null) {  // 开放地址法，找下一个空位
                    h = nextIndex(h, newLen);
                }
                newTab[h] = e; // 放到新数组
            }
        }
    }

    table = newTab; // 指向新数组
}

新数组翻倍：N->2N，降低负载因子
遍历老数组：把旧数组里的Entrty一个个搬到新数组。若key已经被GC，就清理掉value
重新计算位置：用新数组长度newLen重新取模
冲突处理：若目标格子被占，就调用nextIndex（）往后找下一个空位（开放地址法）
更新引用：搬运完毕后，把table指向newTab。

8、父子线程怎么共享数据

普通ThreadLocal不能传递给子线程，因为ThreadLocal的值存放在当前对象的ThreadLocals变量里，就算是父线程，也不算是同一个线程。
解决办法：在Thread类里除了threadLocals之外，还有一个：ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null; 关键点在于子线程初始化时，从父线程的InheritableThreadLocalMap拷贝了一份数据。

public class InheritableThreadLocalTest {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadLocal<String> threadLocal = new InheritableThreadLocal<>();

        // 父线程设置值
        threadLocal.set("父线程的值");

        // 子线程
        new Thread(() -> {
            System.out.println("子线程获取：" + threadLocal.get());
        }).start();
    }
}

//子线程获取：父线程的值

限制：只是在创建子线程那一刻复制，后续修改不同步。
线程池问题：线程池里的线程是复用的，子线程不会每次都重新init（），所以默认的InheritableThreadLocal在线程池场景可能会出问题。为解决这个，阿里开源了TransmittableThreadLocal (TTL)，专门用于线程池下传递上下文。

参考

[1] 沉默王二公众号

posted @ 2025-09-14 19:23 筱倩阅读(57) 评论(0) 收藏举报

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