反问面试官3个ThreadLocal的问题

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ThreadLocal，一个Java人面试绕不开的话题，我也很奇怪为什么那些面试官很喜欢问这个，也不知道他们自己有没有搞清楚。

接下来，我想先说说ThreadLocal的用法和使用场景，然后反问面试官3个关于ThreadLocal的话题。

使用方法和场景

一句话总结：ThreadLocal是给每个线程准备一份“独立的小空间”，它让每个线程都拥有自己独立的变量副本。在多个线程并发访问时，不用担心变量之间的冲突问题，避免了多线程之间的数据共享风险。

使用场景

ThreadLocal的使用场景主要在多线程环境中，能够为每个线程提供独立的变量副本。比如：

• 用户上下文信息：比如，在Web应用中，每个请求可能由不同的线程处理，在处理用户请求时为每个线程维护独立的用户信息。
• 数据库连接管理：比如，在多线程环境下，每个线程需要有自己独立的数据库连接。
• 事务管理：比如，在处理事务时，每个线程可能需要有自己的事务上下文，确保线程安全的事务操作。
• 数据传递：比如，同一个线程，在不同的方法之间传递数据，但又不想使用方法参数去传递，就可以使用ThreadLocal。像我们常用的日志跟踪场景，跟踪的ID会存在ThreadLocal中贯穿整个链条。

总之有2个场景：

1. 在多线程场景下，每个线程需要独立管理变量的场景。
2. 某个线程想在整条链路上共享独立变量的场景。

使用方法

使用时，记住3条核心原则：

• 每个线程都有一份独立的数据。
• 线程内部使用的是ThreadLocalMap来保存数据，Key就是ThreadLocal对象。
• 使用完毕后，记得调用remove方法，防止内存溢出。

代码示例

独立保存变量的示例：

public class ThreadLocal4Independent {

    private static ThreadLocal<Integer> threadLocalVar = new ThreadLocal<>();

    public static void main(String[] args) {
        Runnable task = () -> {
            int num = (int) (Math.random() * 100);
            threadLocalVar.set(num);
            System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "的值:" + threadLocalVar.get());
            threadLocalVar.remove();
        };

        new Thread(task, "1").start();
        new Thread(task, "2").start();
    }

}

传递参数的示例：

public class ThreadLocal4DataPass {
    // 使用ThreadLocal来存储需要在多个方法间传递的数据
    private static final ThreadLocal<String> threadLocalData = new ThreadLocal<>();

    public static void main(String[] args) {
        // 在主线程中设置数据
        threadLocalData.set("ThreadLocal");

        // 在主线程中调用不同的方法
        method1();
        method2();
        
        // 清除ThreadLocal变量，防止内存泄露
        threadLocalData.remove();
    }

    private static void method1() {
        // 在method1中获取数据并打印
        String data = threadLocalData.get();
        System.out.println("方法1拿到的数据是：" + data);
    }

    private static void method2() {
        // 在method2中获取数据并打印
        String data = threadLocalData.get();
        System.out.println("方法2拿到的数据是：" + data);
    }
}

聊完使用场景和方法，接下来问面试官几个问题。

问题1：请画出ThreadLocal和Thread的关系图

ThreadLocal和Thread的关系图如下。

这里要牢记3点：

1. 数据实际上是存在ThreadLocalMap中的，ThreadLocalMap归Thread所持有。见源代码。

   

2. ThreadLocalMap内部使用的是K-V结构，Key是我们定义的ThreadLocal对象。见源代码。

   

3. ThreadLocalMap对ThreadLocal是弱引用关系。见源代码。

   

问题2：为什么ThreadLocalMap里的Key是弱引用

那为什么ThreadLocalMap里的Key是使用ThreadLocal呢？为什么又是弱引用呢？

这就不得不说JDK的设计者的思想非常精妙了，有3点妙处：

1. 一个线程要是存了多种数据，总得有个规则去找他们，那就根据定义的ThreadLocal对象去找吧。
2. 对于开发者来说，他只需要使用ThreadLocal去保存数据即可，无需关系底层结构。也就是说对外暴露简单的使用方式即可，对于不需要调用方知道的细节全部隐藏。
3. 一般情况下Thread的生命周期会很长，比如Web容器启动后，就会启动大量的线程丢到线程池中复用。所以ThreadLocalMap的生命周期也会很长。但是，ThreadLocal对象存在的周期不一定长，如果，ThreadLocalMap的Key对ThreadLocal是强引用的话，那么ThreadLocal对象就会一直存在于内存中得不到释放，最终会导致内存溢出，所以采用了弱引用。

问题3：为什么ThreadLocal使用不当会造成内存溢出

从上图的关系图可以看出，Value的生命周期是跟着Thread的生命周期来的，如果一直不处理的话，也会出现内存溢出的情况。

为了避免内存溢出的情况，我们在使用完ThreadLocal后，要即使调用remove方法，以便JVM回收Value。

总结

ThreadLocal 是并发编程中的强大工具，能够为每个线程提供独立的变量副本，避免线程安全问题。并且这个ThreadLocal存入的值能够贯穿整个流程。使用时要注意上文的几点，防止造成内存溢出。

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