『Java面经』ThreadLocal 实现原理是什么 & 有哪些引用类型及使用场景？

『Java面经』ThreadLocal 实现原理是什么 & 有哪些引用类型及使用场景？

文章目录

• 1、作用
• 2、保存步骤
• 3、原理 / 内存泄漏
• • 3.1 数据结构
  • 3.2 设计原理
  • 3.3 value如何清理
  • 3.4 总结
• 4、四种引用类型
• 5、微信关注『方糖算法』

1、作用

• ThreadLocal 在多线程环境中，安全的保存线程本地变量，同一线程在某地保存数据，任意地方均可获取。
• 同一个ThreadLocal ，由于每个线程都有自己的 ThreadLocalMap ，所以不同线程中保存的数据互不影响。

2、保存步骤

1. 每个线程中都有一个 ThreadLocalMap 变量 threadLocal 来保存 ThreadLocal 中的数据。
2. 在threadLocals.set()中，先通过Thread.currentThread()获取当前线程。
3. 通过getMap(Thread t)获取当前线程的ThreadLocalMap对象。
4. 当前的 threadLocal作为 key，保存的数据作为 value，构造一个 Entry 对象保存在ThreadLocalMap 中。
5. 调用 threadLocal.get() 取数据也是先获取到当前线程，以 threadLocal 为 key 从这个 ThreadLocalMap 中取出数据。

3、原理 / 内存泄漏 3.1 数据结构

1. ThreadLocal 保存一个 value 时，会构造一个 Entry 插入到 ThreadLocalMap 中。
2. Entry 继承 弱引用类，key 指向 ThreadLocal 的弱引用，value 是强引用。

3.2 设计原理

对于一个 ThreadLocal 对象，通常会有两个引用指向它：

• ①线程中声明的 threadLocal 变量，强引用
• ②线程底层 ThreadLocalMap 中键值对的 key，弱引用
• 不需要使用 ThreadLocal 对象时，将变量 threadLocal 置空，让GC回收 ThreadLocal 对象
• 但是 key 也引用了 ThreadLocal 对象，这个 key 如果是强引用，ThreadLocal 对象就永远不会被回收，但这里设计为弱引用，所以GC 发现 ThreadLocal 对象就会回收它。
• 但是 ThreadLocalMap 中的 value 是强引用，value 中的对象不会回收，造成内存泄漏。
• 最佳方法：使用完 ThreadLocal 对象后，主动调用remove()方法，清理对象。

3.3 value如何清理

key 是弱引用，当不存在外部强引用时，会被自动回收。而 value 是强引用，引用链如下

Thread -> ThreadLocal -> Entry -> value

所以只有当 Thread 被回收，value 才会被回收，否则 value 将一直存在，但是让每个线程关闭，是不现实的。在线程池中，大部分线程会伴随着系统的整个周期，那么 value 可能会造成泄漏。

解决方法，在 ThreadLocalMap 进行set(),get(),remove()的时候，都进行清理：

private Entry getEntry(ThreadLocal key) {
    int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
    Entry e = table[i];
    if (e != null && e.get() == key)
        //如果找到key，直接返回
        return e;
    else
        //如果找不到，就会尝试清理(说明key不在了，也就是threadLocal = null)
        //换句话说，这个数据用不上了
        return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}

private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal key, int i, Entry e) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;

    while (e != null) {
        // 整个e是entry ，也就是一个弱引用
        ThreadLocal k = e.get();
        //如果找到了，就返回
        if (k == key)
            return e;
        if (k == null)
            //如果key为null，说明弱引用已经被回收了
            //那么就要在这里回收里面的value了
            expungeStaleEntry(i);
        else
            //如果key不是要找的那个，那说明有hash冲突，这里是处理冲突，找下一个entry
            i = nextIndex(i, len);
        e = tab[i];
    }
    return null;
}

真正回收 value 的是 expungeStaleEntry()方法，在 remove 和 set 方法中都会调用这个方法。

ThreadLocal 为了避免内存泄露，不仅使用了弱引用维护 key ，还在每个 *** 作上检查 key 是否被回收，进而再回收value。

3.4 总结

• ThreadLocal 可能发生内存泄漏。
• 如果一直没机会调用，set get remove 方法，内存泄漏依旧会发生。
• 所以养成良好的习惯，用完 ThreadLocal 变量 就主动 remove 它。

4、四种引用类型

1、强引用

• Object obj = new Object()，除非显示将 obj 置空，否则GC不会回收。
• 应用场景：对象一般状态。

2、软引用

• 内存充足，不回收；只有内存不足，再回收。

  SoftReference softReference = new SoftReference(str);
  

• 应用场景：对象缓存。

3、弱引用

• 比软引用更弱，被GC扫描到直接回收。
• 应用场景：对象缓存。

4、虚引用

• 虚引用不会决定对象的生命周期。如果一个对象只有虚引用，那么和没引用一样，随时被回收。
• 应用场景：用来跟踪对象被GC回收的活动

5、微信关注『方糖算法』

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