ThreadLocal，一個(gè)Java人面試?yán)@不開(kāi)的話題，我也很奇怪為什么那些面試官很喜歡問(wèn)這個(gè)，也不知道他們自己有沒(méi)有搞清楚。

接下來(lái)，我想先說(shuō)說(shuō)ThreadLocal的用法和使用場(chǎng)景，然后反問(wèn)面試官3個(gè)關(guān)于ThreadLocal的話題。

使用方法和場(chǎng)景

一句話總結(jié)：ThreadLocal是給每個(gè)線程準(zhǔn)備一份“獨(dú)立的小空間”，它讓每個(gè)線程都擁有自己獨(dú)立的變量副本。在多個(gè)線程并發(fā)訪問(wèn)時(shí)，不用擔(dān)心變量之間的沖突問(wèn)題，避免了多線程之間的數(shù)據(jù)共享風(fēng)險(xiǎn)。

1.使用場(chǎng)景

ThreadLocal的使用場(chǎng)景主要在多線程環(huán)境中，能夠?yàn)槊總€(gè)線程提供獨(dú)立的變量副本。比如：

• 用戶上下文信息：比如，在Web應(yīng)用中，每個(gè)請(qǐng)求可能由不同的線程處理，在處理用戶請(qǐng)求時(shí)為每個(gè)線程維護(hù)獨(dú)立的用戶信息。
• 數(shù)據(jù)庫(kù)連接管理：比如，在多線程環(huán)境下，每個(gè)線程需要有自己獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)連接。
• 事務(wù)管理：比如，在處理事務(wù)時(shí)，每個(gè)線程可能需要有自己的事務(wù)上下文，確保線程安全的事務(wù)操作。
• 數(shù)據(jù)傳遞：比如，同一個(gè)線程，在不同的方法之間傳遞數(shù)據(jù)，但又不想使用方法參數(shù)去傳遞，就可以使用ThreadLocal。像我們常用的日志跟蹤場(chǎng)景，跟蹤的ID會(huì)存在ThreadLocal中貫穿整個(gè)鏈條。

總之有2個(gè)場(chǎng)景：

• 在多線程場(chǎng)景下，每個(gè)線程需要獨(dú)立管理變量的場(chǎng)景。
• 某個(gè)線程想在整條鏈路上共享獨(dú)立變量的場(chǎng)景。

2.使用方法

使用時(shí)，記住3條核心原則：

• 每個(gè)線程都有一份獨(dú)立的數(shù)據(jù)。
• 線程內(nèi)部使用的是ThreadLocalMap來(lái)保存數(shù)據(jù)，Key就是ThreadLocal對(duì)象。
• 使用完畢后，記得調(diào)用remove方法，防止內(nèi)存溢出。

代碼示例

獨(dú)立保存變量的示例：

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("線程：" + Thread.currentThread().getName() + "的值:" + threadLocalVar.get());
            threadLocalVar.remove();
        };

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

}

傳遞參數(shù)的示例：

public class ThreadLocal4DataPass {
    // 使用ThreadLocal來(lái)存儲(chǔ)需要在多個(gè)方法間傳遞的數(shù)據(jù)
    private static final ThreadLocal<String> threadLocalData = new ThreadLocal<>();

    public static void main(String[] args) {
        // 在主線程中設(shè)置數(shù)據(jù)
        threadLocalData.set("ThreadLocal");

        // 在主線程中調(diào)用不同的方法
        method1();
        method2();
        
        // 清除ThreadLocal變量，防止內(nèi)存泄露
        threadLocalData.remove();
    }

    private static void method1() {
        // 在method1中獲取數(shù)據(jù)并打印
        String data = threadLocalData.get();
        System.out.println("方法1拿到的數(shù)據(jù)是：" + data);
    }

    private static void method2() {
        // 在method2中獲取數(shù)據(jù)并打印
        String data = threadLocalData.get();
        System.out.println("方法2拿到的數(shù)據(jù)是：" + data);
    }
}

聊完使用場(chǎng)景和方法，接下來(lái)問(wèn)面試官幾個(gè)問(wèn)題。

問(wèn)題1：請(qǐng)畫(huà)出ThreadLocal和Thread的關(guān)系圖

ThreadLocal和Thread的關(guān)系圖如下。

這里要牢記3點(diǎn)：

(1) 數(shù)據(jù)實(shí)際上是存在ThreadLocalMap中的，ThreadLocalMap歸Thread所持有。見(jiàn)源代碼。

(2) ThreadLocalMap內(nèi)部使用的是K-V結(jié)構(gòu)，Key是我們定義的ThreadLocal對(duì)象。見(jiàn)源代碼。

(3) ThreadLocalMap對(duì)ThreadLocal是弱引用關(guān)系。見(jiàn)源代碼。

問(wèn)題2：為什么ThreadLocalMap里的Key是弱引用

那為什么ThreadLocalMap里的Key是使用ThreadLocal呢？為什么又是弱引用呢？

這就不得不說(shuō)JDK的設(shè)計(jì)者的思想非常精妙了，有3點(diǎn)妙處：

• 一個(gè)線程要是存了多種數(shù)據(jù)，總得有個(gè)規(guī)則去找他們，那就根據(jù)定義的ThreadLocal對(duì)象去找吧。
• 對(duì)于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，他只需要使用ThreadLocal去保存數(shù)據(jù)即可，無(wú)需關(guān)系底層結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)對(duì)外暴露簡(jiǎn)單的使用方式即可，對(duì)于不需要調(diào)用方知道的細(xì)節(jié)全部隱藏。
• 一般情況下Thread的生命周期會(huì)很長(zhǎng)，比如Web容器啟動(dòng)后，就會(huì)啟動(dòng)大量的線程丟到線程池中復(fù)用。所以ThreadLocalMap的生命周期也會(huì)很長(zhǎng)。但是，ThreadLocal對(duì)象存在的周期不一定長(zhǎng)，如果，ThreadLocalMap的Key對(duì)ThreadLocal是強(qiáng)引用的話，那么ThreadLocal對(duì)象就會(huì)一直存在于內(nèi)存中得不到釋放，最終會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出，所以采用了弱引用。

問(wèn)題3：為什么ThreadLocal使用不當(dāng)會(huì)造成內(nèi)存溢出

從上圖的關(guān)系圖可以看出，Value的生命周期是跟著Thread的生命周期來(lái)的，如果一直不處理的話，也會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存溢出的情況。

為了避免內(nèi)存溢出的情況，我們?cè)谑褂猛闠hreadLocal后，要即使調(diào)用remove方法，以便JVM回收Value。

總結(jié)

ThreadLocal 是并發(fā)編程中的強(qiáng)大工具，能夠?yàn)槊總€(gè)線程提供獨(dú)立的變量副本，避免線程安全問(wèn)題。并且這個(gè)ThreadLocal存入的值能夠貫穿整個(gè)流程。使用時(shí)要注意上文的幾點(diǎn)，防止造成內(nèi)存溢出。