本文转载自微信公众号《Angela的博客》，作者Angela的博客。转载本文请联系Angela博客公众号。开场，杭州某商务楼内，一场应聘者与面试官的较量正在上演。面试官：请先自我介绍一下。Angela：面试官你好，我是草地三贱人，最强中单（妲己不服），草地摩托司机，21套广播体操发起人，火系传人Angela，这就是我的简历，请看看。面试官：根据你的简历，你熟悉多线程编程。你对它熟悉到什么程度？安吉拉：精通。正确的。..，你没看错，问的就是“精通”，在评论区打666。采访者：[思考]难道他是个天真的批评家，一上来就说自己精通，说精通的人就是傻子！面试官：那我们开始吧。你用过Threadlocal吗？安吉拉：是的。面试官：那说说你项目中ThreadLocal的使用情况吧。Angela：我们的项目是保密项目，所以我不予置评。你应该改变问题！面试官：说一个非机密的项目，或者说说Threadlocal的实现原理。主题安吉拉：表演时间。..Angela：比如支付宝每秒同时有很多用户请求，每个请求都带有用户信息。我们知道通常一个线程处理一个用户请求，我们可以把用户信息丢给Threadlocal里面，让每个线程处理自己的用户信息，线程之间互不干扰。面试官：等等，我问你一个私人问题，你为什么从支付宝出来面试，受不了PUA？Angela：PUA我，没有人，能PUA我的人还没出生呢！公司食堂吃腻了，想换换口味。面试官：那你说说Threadlocal是做什么的？Angela：Threadlocal主要是用来隔离线程变量的，所以可能不是很直观。还是上面提到的例子，我们的程序在处理用户请求的时候，通常后端服务器有一个线程池，一个请求交给一个线程去处理，所以为了防止多个线程并发处理请求。数据，比如线程AB分别处理安吉拉和妲己的请求，线程A本来处理安吉拉的请求，却访问了妲己的数据，将妲己的支付宝钱转走了。所以可以把Angela的数据绑定到线程A上，等线程处理完再解除绑定。面试官：那把你刚才说的那个场景用伪代码实现一下，我写给你！安吉拉：好的//ThreadLocalprivatestaticfinalThreadLocaluserInfoThreadLocal=newThreadLocal<>();publicResponsehandleRequest(UserInfouserInfo){Responseresponse=newResponse();try{//1.设置用户信息到线程局部变量userInfoThreadLocal.set(userInfo);doHandle();}finally{//3。RemoveuserInfoThreadLocal.remove();}returnresponse;}//业务逻辑处理privatevoiddoHandle(){//2.取出UserInfouserInfo=userInfoThreadLocal.get();//查询用户资产queryUserAsset(userInfo);}1.2.3步骤很清楚。面试官：那你说说Threadlocal是怎么实现线程变量隔离的？Angela：哦，这么快就进入正题了，我先给你画个图，如下：面试官：我看到图了，那你是对的，根据你的代码说一下对应图中的流程之前写过。安吉拉：没问题。首先我们通过ThreadLocaluserInfoThreadLocal=newThreadLocal()初始化一个Threadlocal对象，也就是上图中提到的Threadlocal引用。这个引用指向堆中的ThreadLocal对象；然后我们调用userInfoThreadLocal.set(userInfo);这里发生了什么？我们把源码拿出来，一看就清楚了。我们知道Thread类有一个ThreadLocalMap成员变量，Map的key是Threadlocal对象，value是你要存储的线程局部变量。#ThreadlocalclassThreadlocal.classpublicvoidset(Tvalue){//获取当前线程Thread，也就是上图中的Thread引用Threadt=Thread.currentThread();//Thread类有一个成员变量ThreadlocalMap，获取这个MapThreadLocalMapmap=getMap(t);if(map!=null)//this引用Threadlocal对象map.set(this,value);elsecreateMap(t,value);}ThreadLocalMapgetMap(Threadt){//获取线程的ThreadLocalMappreturnt.threadLocals;}voidcreateMap(Threadt,TfirstValue){//初始化t.threadLocals=newThreadLocalMap(this,firstValue);}#ThreadclassThread.classpublicclassThreadimplementsRunnable{//每个线程都有自己的ThreadLocalMap成员变量ThreadLocal.ThreadLocalMapthreadLocals=null;}这里是current在线程对象的ThreadlocalMap中放入了一个元素（Entry），key是Threadlocal对象，value是userInfo。明白两点就很清楚了：ThreadLocalMap类是在Threadlocal中定义的。首先，Thread对象是Java语言中线程运行的载体。每个线程都有一个对应的Thread对象，里面存放着一些与线程相关的信息。其次，Thread类中有一个成员变量ThreadlocalMap。你可以把它当成一个普通的Map，key存放的是Threadlocal对象，value是你要绑定到线程的值（线程隔离变量），比如这里是用户信息对象（UserInfo）。面试官：你刚才说Thread类有一个ThreadlocalMap属性的成员变量，但是ThreadlocalMap的定义是在Threadlocal中。你为什么这么做？Angela：看一下ThreadlocalMap类ThreadLocalMap*ThreadLocalMapiscustomizedhashmapsuitableonlyfor*maintainingthreadlocalvalues的描述。*允许声明类线程中的字段。为了帮助处理*非常大和长期使用，哈希表条目对键使用*弱引用。但是，由于不*使用引用队列，只有当表开始运行空间不足时，才能保证删除陈旧的条目。这可能意味着ThreadLocalMap旨在维护线程局部变量。这也是为什么ThreadLocalMap是Thread的成员变量，但它是Threadlocal的内部类（非public，只有包访问权限，Thread和Threadlocal都在java.lang包下），就是让用户知道ThreadLocalMap只保存线程局部变量这个东西。面试官：既然是线程局部变量，为什么不用线程对象（Threadobject）作为key呢？以线程为key获取线程变量不是更清楚吗？Angela：这样设计会有问题，比如：我把用户信息保存在thread变量中。这时候需要添加一个新的线程变量。例如，添加用户的地理位置信息。我们ThreadlocalMap的key使用了一个thread，另外存储了一个地理位置信息。key是同一线程（key），原来的用户信息会被覆盖。Map.put(key,value)操作你很熟悉，所以网上有些文章说ThreadlocalMap使用线程作为key，这是无稽之谈。面试官：添加地理位置信息应该怎么做？Angela：新建一个Threadlocal对象就可以了，因为ThreadLocalMap的key就是一个Threadlocal对象。比如添加一个地理位置，我会添加Threadlocalgeo=newThreadlocal()存储地理位置信息，这样线程的ThreadlocalMap中就会有两个元素，一个是用户信息，一个是地理位置。面试官：ThreadlocalMap实现的是什么数据结构？Angela：和HashMap一样，也是用数组来实现的。代码如下：classThreadLocalMap{//初始容量privatestaticfinalintINITIAL_CAPACITY=16;//存放元素的数组privateEntry[]table;//元素个数privateintsize=0;}table是存放线程局部变量的数组，数组元素是Entry类，Entry由key和value组成，key是一个Threadlocal对象，value是我们前面例子中存储的对应的线程变量。数组存储结构如下图所示：面试官：ThreadlocalMap出现hash冲突怎么办？它与HashMap有什么不同？Angela：【思考】第一次遇到有人问ThreadlocalMaphash冲突的问题。这次采访越来越有趣了。曰：有分别。HashMap为了处理hash冲突，采用了链表+红黑树的形式，如下图所示。如果链表长度过长（>8），会转为红黑树：ThreadlocalMap既没有链表也没有红黑树。该树使用链地址法。链地址法是指如果有冲突，ThreadlocalMap会直接去寻找下一个相邻的节点。如果相邻节点为空，则直接存储。如果不为空，则继续查找。直到找到一个空的，将元素放入，或者元素个数超过数组长度的阈值，扩容。如下图：还是用前面的例子来说明，ThreadlocalMap数组长度为4，现在在保存地理位置的时候出现hash冲突（位置1已经有数据），再回头看发现位置2为空，直接存入2这个位置。源码（如果难以阅读，可以稍后阅读）：privatevoidset(ThreadLocalkey,Objectvalue){Entry[]tab=table;intlen=tab.length;//hashcode&运算其实就是%取数组长度的余数，例如：如果数组长度为4，hashCode%(4-1)会找到数组的下标存放元素inti=key.threadLocalHashCode&(len-1);//找数组的空槽(=null),一般ThreadlocalMap不会存储很多元素for(Entrye=tab[i];e!=null;//找数组的空槽(=null)e=tab[i=nextIndex(i,len)]){ThreadLocalk=e.get();//如果key值相同则视为更新操作，直接替换if(k==key){e.value=value;return;}//key为空，做替换清理动作，后面讲WeakReference的时候，if(k==null){replaceStaleEntry(key,value,i);return;}}//newnewEntrytab[i]=newEntry(key,value);//数组元素Number+1intsz=++size;//如果元素没有被清理或者数存储元素的个数超过数组的阈值，扩容if(!cleanSomeSlots(i,sz)&&sz>=threshold)rehash();}//顺序遍历+1到达数组末尾，返回到头部数组的(0位置)privatestaticintnextIndex(inti,intlen){return((i+1key){//计算hash值&操作其实就是%数组长度的余数，例如：数组长度为4，hashCode%(4-1)会找到要查询的数组地址inti=key.threadLocalHashCode&(table.length-1);Entrye=table[我]。然后依次查找（链地址法，这个后面会介绍）}面试官：我看到你第一张图画的ThreadlocalMap里面的key是WeakReference类型的。你能告诉我几个Java中类似的引用，有什么区别吗？?Angela：强引用是最常用的引用。如果一个对象有强引用，垃圾收集器将永远不会回收它。当内存空间不足时，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，导致程序异常终止，也不会通过随意回收强引用对象来解决内存不足的问题。如果一个对象只有软引用，当内存空间足够时，垃圾回收器不会回收它；如果内存空间不足，就会回收这些对象的内存。弱引用和软引用的区别在于只有弱引用的对象生命周期更短。垃圾回收线程在扫描内存区域时，一旦发现只有弱引用的对象，无论当前内存空间是否足够，都会回收其内存。然而，由于垃圾收集器是一个非常低优先级的线程，只有弱引用的对象可能无法快速找到。顾名思义，虚假引用是无用的。与其他类型的引用不同，虚引用不决定对象的生命周期。如果一个对象只持有虚引用，就好像它没有引用一样，随时可能被垃圾收集器回收。妥妥的八字作文！尴尬(─.─|||。面试官：那你能告诉我为什么ThreadlocalMap中的key要设计成WeakReference（弱引用）类型吗？Angela：是的，为了尽量避免内存泄漏。面试官：能详细解释一下吗？你为什么要做到最好？前面你也说过，WeakReference引用的对象会直接被GC（内存收集器）回收。为什么不直接避免内存泄漏呢？Angela：我们还是看下图：privatestaticfinalThreadLocaluserInfoThreadLocal=newThreadLocal<>();userInfoThreadLocal.set(userInfo);这里的引用关系是userInfoThreadLocal引用了ThreadLocal对象，是强引用，ThreadLocal对象也被ThreadlocalMap的key引用，这是WeakReference引用。前面我们说过，GC回收ThreadLocal对象的前提是它只被WeakReference引用，没有任何强引用。为了让大家更容易理解弱引用，我写了一个demo程序//angela和弱引用指向同一个对象System.out.println(angela);//java.lang.Object@4550017cSystem.out.println(weakReference.get());//java.lang.Object@4550017c//设置angela的强引用如果为null，则此对象只剩下弱引用。如果内存足够，弱引用也会被回收(angela);//nullSystem.out.println(weakReference.get());//null}可以看到，一旦一个对象只被弱引用引用，对象将在GC期间被回收。所以只要ThreadLocal对象还被userInfoThreadLocal引用（强引用），G??C就不会回收WeakReference引用的对象。面试官：既然ThreadLocal对象是强引用，不能回收，为什么还要设计成WeakReference类型呢？Angela：ThreadLocal的设计者考虑到线程往往有很长的生命周期，比如经常使用线程池，线程是一直存活的。根据JVM的寻根算法，总有一个Thread->ThreadLocalMap->Entry(element)这样的引用链接，如下图。如果key没有设计成WeakReference类型，并且是强引用，则永远不会被使用。GC回收，key永远不会为null，不为null则不会清理Entry元素（ThreadLocalMap根据key是否为null来判断是否清理Entry），所以ThreadLocal的设计者认为只要ThreadLocal所在的作用域结束工作被清理后，GC回收时就会回收key引用对象，key会被置为null。ThreadLocal会尽量保证Entry被清理，尽可能避免内存泄漏。我们看代码：//ElementclassstaticclassEntryextendsWeakReference>{/**ThevalueassociatedwiththisThreadLocal.*/Objectvalue;//key继承自父类，所以只有valueEntry(ThreadLocalk,Objectv){super(k);value=v;}}//WeakReference继承Reference,key为referentpublicabstractclassReference{//this为继承keyprivateTreferent;Reference(Treferent){this(referent,null);}}Entry继承了WeakReference类。Entry中的键是WeakReference类型。在Java中，当一个对象只被WeakReference引用而没有引用其他对象时，WeakReference引用的对象在GC发生时会直接被回收。面试官：那如果Threadlocal对象总是有强引用怎么办？是不是有内存泄漏的风险。Angela：最佳做法是在完成后手动调用删除函数。我们看源码：classThreadlocal{publicvoidremove(){//这是ThreadLocalMapThreadLocalMapm=getMap(Thread.currentThread());if(m!=null)m.remove(this);//这是ThreadLocalobject,remove,方法如下(entrye=tab[i];e!=null;e=tab[i=nextIndex(i,len)]){//清除if(e.get()==key){e.clear();expungeStaleEntry(i);//清理空槽return;}}}}//这个方法是做元素清理privateintexpungeStaleEntry(intstaleSlot){Entry[]tab=table;intlen=tab.length;//设置值staleSlot为空，然后设置数组元素为空staleSlot,len);(e=tab[i])!=null;i=nextIndex(i,len)){ThreadLocalk=e.get();//k为null表示引用对象为被GC回收if(k==null){e.value=null;tab[i]=null;size--;}else{//因为减少了元素个数，re-hashinth=k.threadLocalHashCode&(len-1);//hash地址不相等，说明这个元素之前有hash冲突（本来应该放这里却没有放在这里），//现在因为去掉了一些元素，很有可能是原来的冲突位置为空，重试if(h!=i){tab[i]=null;//继续使用链地址法存储元素while(tab[h]!=null)h=nextIndex(h,len);tab[h]=e;}}}returni;}面试官：你有使用Threadlocal的实际项目经验吗？安吉拉：是的！我之前和你的一位面试官谈过。负责支付宝后台的系统40多个核心rpc接口如何大幅提升性能，下面是其中一个接口切换流后的效果，其中使用了Threadlocal。图片采访者：嗯，说吧。Angela：刚才说了有40多个接口需要升级优化。风险非常高。我要保证接口切换后业务不受影响，也叫等价切换。流程如下：根据接口常量名的业务含义定义40多个接口，如接口名alipay.quickquick.follow.angela；根据接口的流量从低到高进行流量切换，配置中心预先配置好每一个。各个接口的截止比例和用户白名单；流量切分也有讲究，先按userId白名单切分，再按userId尾号切分百分比，如果完全没问题，则完成切分；在顶层抽象模板方法的入口处，传入ThreadLocalSetinterfacename，将接口名放入其中；然后在切流的地方通过ThreadLocal获取接口名，用来判断接口的流向；面试官：最后一个问题，如果我有很多变量要塞进ThreadlocalMap，那我怎么可能不需要声明很多Threadlocal对象呢？有没有好的解决办法。Angela：我们最好的做法是重新封装，把ThreadLocalMap的值做成一个Map，这样只有一个Threadlocal对象就够了。面试官：能详细说说吗？安吉拉：我不能再这样了，我太累了。采访者：告诉我。安吉拉：我真的不想谈论它。面试官：今天先来，出了这个门右转，回去等通知！
