终于明白阿里百度,总是拿ThreadLocal经常考验求职者了

ThreadLocal机制详解
本文深入解析了ThreadLocal机制,解释了其如何实现线程私有数据的存储与访问,通过结构图展示了每个线程内部的Map如何存储线程本地对象和变量副本,以及set(), get()和remove()方法的工作原理。

什么是ThreadLocal

ThreadLocal是一个本地线程副本变量工具类,各个线程都拥有一份线程私有的数据,线程之间的变量互不干扰,在高并发场景下,可以实现无状态的调用。

ThreadLocal提供了线程安全的另一种思路,我们平常说的线程安全主要是保证共享数据的并发访问问题,通过sychronized锁或者CAS无锁策略来保证数据的一致性。

ThreadLocal结构图


从上面的结构图,我们已经窥见ThreadLocal的核心机制:

  • 每个Thread线程内部都有一个Map。
  • Map里面存储线程本地对象(key)和线程的变量副本(value)
  • Thread内部的Map是由ThreadLocal维护的,由ThreadLocal负责向map获取和设置线程的变量值。

对于不同的线程,每次获取副本值时,别的线程并不能获取到当前线程的副本值,形成了副本的隔离,彼此之间互不干扰。

我们来看个例子。

下面的例子有3个线程[thread#1],[thread#2],[thread#3]修改类变量initValue,当类变量是ThreadLocal的时候3个线程修改的值互不影响,打印的结果都是66

上面的例子3个线程是如果做到同时独立修改变量的,答案就在ThreadLocal的set(),get()方法里面.

下面我们再来看看ThreadLocal

ThreadLocal类提供如下几个核心方法:

get()方法用于获取当前线程的副本变量值。
set()方法用于保存当前线程的副本变量值。
initialValue()为当前线程初始副本变量值。
remove()方法移除当前前程的副本变量值。


get()方法

  1. 获取当前线程的ThreadLocalMap对象threadLocals
  2. 从map中获取线程存储的K-V Entry节点。
  3. 从Entry节点获取存储的Value副本值返回。
  4. map为空的话返回初始值null,即线程变量副本为null,需要注意的是在使用中要判断是否为空指针NullPointerException。

set()方法

  1. 获取当前线程的成员变量map
  2. map非空,则重新将ThreadLocal和新的value副本放入到map中。
  3. map空,则对线程的成员变量ThreadLocalMap进行初始化创建,并将ThreadLocal和value副本放入map中。

remove()方法


Thread线程内部的Map在类中描述如下:

可以看到,这个ThreadLocalMap是线程中的变量,也就是说每个线程都是相互独立的

应用场景

类似单例类TransactionSynchronizationManager,

RequestContextHolder中就是通过ThreadLocal保存各自线程变量的副本,这样就不需要重新创建类。

一个知识点延伸出这么多知识点,关于弱引用、 内存优化等,不仅能考验求职者的对该知识点的掌握程度,又能考验求职者的知识面,难怪阿里百度这样的大公司喜欢在面试时拿它来考验求职者。

### 阿里巴巴 ThreadLocal 的使用与问题 #### ThreadLocal 实现机制概述 在 Java 中,`ThreadLocal` 提供了一种方式来创建线程局部变量。每个线程都可以独立设置和获取这些变量的值而不会相互干扰。具体来说,每个线程都拥有自己的 `ThreadLocalMap` 对象,其中存储着以 `ThreadLocal` 实例为键、实际业务数据为值的映射关系[^2]。 ```java public class ThreadLocalExample { private static final ThreadLocal<Integer> threadLocalValue = new ThreadLocal<>(); } ``` #### 内存管理特性 为了防止潜在的内存泄漏风险,`Entry` 类内部采用弱引用来保存 `ThreadLocal` 键。当某个 `ThreadLocal` 变量不再被任何强引用指向时,垃圾回收器可以及时清理掉对应的条目及其关联的数据项。此外,在执行清除操作期间也会移除那些已经变成 `null` 的键所对应的所有入口。 #### 应用场景举例 阿里巴巴集团内广泛采用了 `ThreadLocal` 来处理多线程环境下共享资源的安全访问问题。例如,在 Web 开发过程中经常遇到需要在线程级别上保持会话状态或者用户身份验证信息的情况;又或者是利用它来进行数据库连接池管理——通过给每一个工作线程分配单独的数据库连接实例从而简化编程模型并提高性能效率[^3]。 #### 特殊扩展:TransmittableThreadLocal (TTL) 对于某些特定需求而言,标准版 `ThreadLocal` 存在一个局限之处在于其无法跨越不同类型的子线程传递上下文信息。为此,阿里云团队开发了一个名为 **transmittable-thread-local** (简称 TTL) 的开源库。该工具包提供增强型继承自 `InheritableThreadLocal` 的类结构,允许即使是在使用线程池组件的情况下也能顺利地将父级线程中的本地变量复制到新启动的工作进程中去[^4]。 ```java import com.alibaba.ttl.TransmittableThreadLocal; public class TTLDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { TransmittableThreadLocal<String> ttlKey = new TransmittableThreadLocal<>(); ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor(); try { ttlKey.set("value from parent"); Future<?> future = executor.submit(() -> System.out.println(ttlKey.get())); future.get(); // prints "value from parent" } finally { executor.shutdown(); } } } ```
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