ThreadLocal源码夺命12问，你能坚持到第几问？

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2022-10-16 09:43 185阅读 0赞

*  临近秋招，备战暑期实习，祝大家每天进步亿点点！Day10
 *  本篇总结的是 **并发编程 ThreadLocal源码**面试题，后续会每日更新~
 *  **ThreadLocal** 源码深入分析参考我的往期博客：[ThreadLocal源码分析\_01 入门案例以及表层源码分析][ThreadLocal_01]、[ThreadLocal源码分析\_02 内核(ThreadLocalMap)][ThreadLocal_02 _ThreadLocalMap]
 *  **注**：不理解 ThreadLocal 如何使用以及其原理的小伙伴，一定要先看上面的两篇博客哦！

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzU5MTk4MA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

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## 1、面试官：请你说一说你对ThreadLocal的理解？ ##

*  ThreadLocal 是一个**全局对象**，ThreadLocal 是线程范围内变量共享的解决方案；**ThreadLocal 可以看作是一个map集合，key就是当前线程，value就是要存放的变量**。

> 参考回答：

ThreadLocal 对象可以给每个线程分配一份属于自己的局部变量副本，多个线程之间可以互不干扰。一般我们会重写 `initalValue()`方法来给当前 ThreadLocal 对象赋初始值。

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## 2、面试官：简单描述一下JDK1.8中，ThreadLocal原理？ ##

> 参考回答：

*  JDK8 中，每个线程对象 Thread 类内部都有一个成员属性 `threadLocals`(即ThreadLocalMap，它是一个`Entry[]`数组，而不是 Map 集合哦~)，各个线程在调用同一个 ThreadLocal 对象的`set(value)`方法设置值的时候，就是往各自的 ThreadLocalMap 对象数组中新增值。
 *  ThreadLocalMap （`Entry[]`数组）中存放的是一个个的 `Entry`节点，它有两个属性字段，**弱引用** key（ThreadLocal对象） ，和**强引用** value (当前线程变量副本的值)。

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## 3、面试官：ThreadLocal是怎样坐到线程互不干扰的呢(线程隔离)？ ##

> 参考回答：

*  首先，每个线程 Thread 都有一份属于自己的 ThreadLoacalMap 用于存储数据。
 *  当线程访问某个 ThreadLocal 对象的 `get()`方法时，方法内部会检测该线程的 ThreadLoacalMap 数组(`Entry[]`)内是否存在 `key` 为当前 ThreadLocal 对象的 `Entry` 节点。如果数组内没有对应的节点，那么当前 ThreadLocal 对象就会调用其内部的 `initialValue()` 方法创建一个 `Entry` 节点存放到 ThreadLocalMap 中去。

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## 4、面试官：ThreadLocal 使用的 hash 是怎样计算得来的？ ##

*  首先，ThreadLocal 使用的 hash 并不是重写自 Object 的 `hashCode()` 方法，而是通过自身的`nextHashCode();`计算得来。代码如下：

// threadLocalHashCode ---> 用于threadLocals的桶位寻址：
    // 1.线程获取threadLocal.get()时：
    // 如果是第一次在某个threadLocal对象上get，那么就会给当前线程分配一个value，
    // 这个value 和 当前的threadLocal对象被包装成为一个 entry 
    // 其中entry的 key 是threadLocal对象，value 是threadLocal对象给当前线程生成的value
    // 2.这个entry存放到当前线程 threadLocals 这个map的哪个桶位呢？ 
    // 桶位寻址与当前 threadLocal对象的 threadLocalHashCode有关系:
    // 使用 threadLocalHashCode & (table.length - 1) 计算结果得到的位置就是当前 entry 需要存放的位置。
    private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
    
    // nextHashCode: 表示hash值
    // 创建ThreadLocal对象时会使用到该属性：
    // 每创建一个threadLocal对象时，就会使用 nextHashCode 分配一个hash值给这个对象。
    private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();
    
    // HASH_INCREMENT: 表示hash值的增量~
    // 每创建一个ThreadLocal对象，ThreadLocal.nextHashCode的值就会增长HASH_INCREMENT（0x61c88647）。
    // 这个值很特殊，它是斐波那契数也叫黄金分割数。
    // hash增量为这个数字，带来的好处就是hash分布非常均匀。
    private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
    
    /** * 返回一个nextHashCode的hash值： * 创建新的ThreadLocal对象时，使用这个方法，会给当前对象分配一个hash值。 */
    private static int nextHashCode() { 
        // 每创建一个对象，nextHashCode计算得到的hash值就增长HASH_INCREMENT（0x61c88647）
        return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
    }
    
    /* * 初始化一个起始value： * 默认返回null，一般情况下都是需要重写这个方法的（例如第2小节的入门案例中就重写了该方法）。 */
    protected T initialValue() { 
        return null;
    }

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## 5、面试官：为什么 ThreadLocalMap 选择去重新设计"Map"，而不直接使用 JDK中的 HashMap呢？ ##

> 参考回答：

*  因为 ThreadLocal 自己重新设计的 Map，它可以把自己的 Key 限定为特有类型（ThreadLocal），这个特定类型的Key 使用的是**弱引用** `WeakReference<ThreadLocal<?>>`，而 HashMap 中的 Key 采用的是**强引用**方式。

## 6、面试官：ThreadLocalMap的Enrty的key为什么要设置成弱引用？ ##

*  ThreadLocalMap 存储的格式是 `Entry<ThreadLocal, T>`。如果使用强引用，当 key 原来对象失效的时候，jvm不会回收 map 里面的 ThreadLocal。
 *  **弱引用 WeakReference定义**：如果一个对象只具有弱引用，那么垃圾回收器在扫描到该对象时，无论内存充足与否，都会回收该对象的内存。
 *  ThreadLocalMap 使用 ThreadLocal 的弱引用作为 key，如果一个 ThreadLocal 没有外部强引用引用他，那么系统 GC 的时候，这个 ThreadLocal 势必会被回收，这样一来，ThreadLocalMap 中就会出现 key 为 `null` 的 `Entry`，就没有办法访问这些 key 为 `null` 的 `Entry` 的 value。
 *  站在 ThreadLocalMap 角度就可以**区分出哪些 `Entry` 是过期的，哪些 `Entry` 是非过期的**。
    
     *  例如：在`set()`方法向下寻找可用 solt 桶位的过程中，如果碰到`key == null` 的情况，说明当前`Entry` 是过期数据，这个时候可以强行占用该桶位，通过`replaceStaleEntry`方法执行替换过期数据的逻辑。
     *  例如：`cleanSomeSlots(int i, int n)`方法通过遍历桶位，也会将 `key == null` 过期数据清理掉。

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## 7、面试官：ThreadLocalMap 对象是何时第一次被创建呢？ ##

> 参考回答：

*  每个线程 Thread 对象的 ThreadLocalMap 都是延迟初始化的，当我们在调用 ThreadLocal 对象的 `set()` 或 `get()`方法时，它会检测当前线程是否已经绑定了 ThreadLocalMap，如果已经绑定，则继续执行 `set()` 或 `get()`方法的逻辑。
 *  而如果没有，则会先创建 ThreadLocalMap 并将其绑定给 Thread 对象。

> 面试官：那么线程的 ThreadLocalMap 会被多次创建吗？

*  不会，在线程的生命周期内，ThreadLocalMap 对象只会被初始化一次。

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## 8、面试官：ThreadLocalMap 的初始化长度是多少呢？ ##

*  初始化时，ThreadLocalMap 容量为 *16*。

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## 9、面试官：上面你说初始化长度是16，那为什么初始容量要是2的N次幂数呢？ ##

> 参考回答：

*  这个设计它和 HashMap 是一样的，目的都是为了方便 hash 寻址时，得到的 index (桶位)更**均匀分布，减少 hash 冲突**。
 *  寻址算法为：`index = threadLocalHashCode & (table.length - 1)`。这个算法实际就是取模运算：`hash % tab.length`，而计算机中直接**求余运算效率不如位移运算**。
 *  所以源码中做了优化，使用 `hash & (tab.length- 1)`来寻找桶位。**而实际上 `hash % length` 等于 `hash & ( length - 1)` 的前提是 length 必须为 2 的 n 次幂**。

例如，数组长度 `tab.length = 8` 的时候，`3 & (8 - 1) = 3，2 & (8 - 1) = 2`，桶的位置是(数组索引) *3* 和 *2*，不同位置上，不发生 *hash* 碰撞。

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## 10、面试官：ThreadLocalMap 的 扩容阈值是多少？它的扩容机制是怎样的？ ##

> 参考回答：

*  首先，ThreadLocalMap 的扩容阈值为初始容量的 `2/3`，当数组中，存储 `Entry` 节点的个数大于等于 `2/3` 时，会它并不会直接开始扩容。
 *  而是先调用 `rehash()`方法，在该方法中，全面扫描整个数组，并将数组中过期的数据（`key == null`）给清理掉，重新整理数组。
 *  如果重新整理数组，并将过期的数据清理后，再次重新判断数组内的 `Entry` 节点的个数是否达到扩容阈值的`3/4`，如果达到再调用真正扩容的方法`resize();`

> 面试官：那么你对 `resize()` 方法内部的扩容算法了解吗？

*  `resize()` 方法在真正执行扩容时，内部逻辑是先创建一个新的数组，新数组长度是原来数组长度的 *2* 倍。
 *  然后遍历旧数组，将旧数组中的数据重新按照 hash 算法迁移到新数组里面。
 *  接着重新计算出下次扩容的阈值`threshold`。
 *  最后更新 Thread 对象的 `threadLocals` 字段引用，使其指向新数组。

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## 11、面试官：请你说一下 ThreadLocal 的 get 方法的执行流程？ ##

*  ① 首先 `get()` 方法中会先获取当前线程对象 t ： `Thread t = Thread.currentThread();`
 *  ② 接下来根据 `t` 获取其独有的 ThreadLocalMap 数组：`ThreadLocalMap map = getMap(t);`
 *  ③ 如果 ② 获取的 `map`为空，则调用`setInitialValue()`方法，该方法内部调用 `initialValue();`方法获取 `value`，并根据 当前线程`t` 和 `value` 调用 `createMap(t, value);` 方法创建 ThradLocalMap。
 *  ④ 如果 ② 获取的 `map`不为空，则直接调用 `ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);` 方法通过 `this`（当前ThreadLocal对象）从 ThreadLocalMap 中获取对应封装数据的 `Entry` 节点。
 *  ⑤ 最终通过 `T result = (T)e.value;` 得到要获取的线程变量副本的值。

**注意**：

第 ④ 步中，通过当前 ThreadLocal 对象从 ThreadLocalMap 中获取对应封装数据的 `Entry` 节点时，内部逻辑是需要涉及到桶位寻址 `index = threadLocalHashCode & (table.length - 1)`，如果获取的 `inde` 桶位中没有目标数据，这时候会执行\`\`nextIndex(int i, int len)`方法，**线性的向前或者向后去寻找目标数据所在的桶位，直到遍历整个数组仍未找到，则返回`null\`\*\*。

此外，在线性的向前、向后遍历数组寻找目标元素所在的桶位时，如果发现数据过期了（`key == null`），则需要调用`expungeStaleEntry(i);`方法进行一次**探测式过期数据回收**。

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## 12、面试官：请你说一下 ThreadLocal 的 set 方法的执行流程？ ##

> 参考回答：

*  ① 首先，`set()`方法向 ThreadLocalMap 中添加数据时，也是需要根据 Key (ThreadLocal对象) 的去寻址找到要插入的桶位下标 `i = key.threadLocalHashCode & (len-1);`
 *  ② 根据桶位下标，获取对应桶中的Enety 对象`Entry e = tab[i];`，如果获取的 `e` 为 `null` ，则说明是空桶，直接讲 Key 和 Value 包装成 `Entry` 放入桶中即可：`tab[i] = new Entry(key, value);`
 *  ③ 如果第 ② 步骤获取的 `e` 不为 `null`，说明不是空桶，则需要从以下**三种情况**考虑：
    
     *  如果当前桶中 `Entry` 的 Key 不是当前 ThreadLocal 对象，且不为 `null`，则调用`nextIndex(int i, int len)`方法线性查找下一个空桶位，并将新数据放入。
     *  如果当前桶中 `Entry` 的 Key 是当前 ThreadLocal 对象，则通过更新操作，将就 `Entry` 的 Value 值覆盖。
     *  如果如果当前桶中 `Entry` 的 Key 是`null`，则说明当前 `Entry` 已经过期，需要执行 *替换过期数据的逻辑：* `replaceStaleEntry(key, value, i);`。

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总结的面试题也挺费时间的，文章会不定时更新，有时候一天多更新几篇，如果帮助您复习巩固了知识点，还请三连支持一下，后续会亿点点的更新！

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[ThreadLocal_01]: https://csp1999.blog.csdn.net/article/details/116604283
[ThreadLocal_02 _ThreadLocalMap]: https://csp1999.blog.csdn.net/article/details/116721091
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