转载

都说 ThreadLocal 被面试官问烂了，可为什么面试官还是喜欢继续问

面试官 ：有如下场景：在多线程并发情况下，有一个共享变量，不同线程设置不同值后，各线程只想获取自己设置的值，如何实现？

小小白 ：使用ThreadLocal，通过ThreadLocal实例对象的set方法设置各线程自己的值，通过ThreadLocal实例对象的get方法获取各线程自己设置的值。

面试官：写一下简单的实现代码？

小小白 ：噼里啪啦写了如下代码。

public static void main(String[] args) {
        final ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();
        threadLocal.set("hello");
        System.out.println("main thread:" + threadLocal.get());
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                threadLocal.set("world");
                System.out.println("new Thread1:" + threadLocal.get());
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                threadLocal.set("!!!");
                System.out.println("new Thread2:" + threadLocal.get());
            }
        }).start();
    }

面试官 ：ThreadLocal源码有看过吗？

小小白 ：看过。

面试官 ：那说一下ThreadLocal的实现原理？

小小白 ：从ThreadLocal的set方法的源码开始：

    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

set方法的第一步是获取当前线程实例，然后通过getMap方法获取当前线程实例的threadLocals属性，threadLocals是ThreadLocalMap类型的变量，而ThreadLocalMap则是一个定制化的HashMap。

// ThreadLocal类中的getMap方法
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }
    // Thread类中声明的threadLocals变量
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

如果getMap方法获取的ThreadLocalMap类型变量map不等于null，则以当前ThreadLocal实例对象为key，传入的value值为value存到这个ThreadLocalMap中，需要注意的是在实际存储的时候，key使用的是ThreadLocal的弱引用。

如果getMap方法获取的ThreadLocalMap类型变量map等于null，则调用createMap方法创建一个ThreadLocalMap实例对象，并以当前ThreadLocal实例对象为key，传入的value值为value存到这个ThreadLocalMap中。

看到这里就会明白，使用ThreadLocal时，每个线程维护一个ThreadLocalMap映射表，映射表的key是ThreadLocal实例，并且使用的是ThreadLocal的弱引用，value是具体需要存储的Object。

紧接着进入ThreadLocal类的get方法，这个方法的第一步也是获取当前线程，通过getMap方法获取当前线程所维护的ThreadLocalMap实例，如果ThreadLocalMap对象实例不等于null，则以当前ThreadLocal对象实例为key从ThreadLocalMap中获取所需要的值。

   public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null)
                return (T)e.value;
        }
        return setInitialValue();
    }

如果getMap方法获取到的ThreadLocalMap对象实例等于null，则调用setInitialValue方法初始化一个ThreadLocalMap，并以当前ThreadLocal实例对象为key，null值为value存到这个ThreadLocalMap中，同时返回null。

    private T setInitialValue() {
        T value = initialValue();
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
        return value;
    }
    protected T initialValue() {
        return null;
    }
    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
        return t.threadLocals;
    }
    void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

面试官 ：看来这部分很熟悉了，那为什么Thread类中声明的threadLocals变量是map结构的？

小小白：因为每个线程都可以关联很多个ThreadLocal变量。

面试官 ：你知道ThreadLocal使用不当会发生内存泄露吗？

小小白 ：知道。每一个Thread维护一个ThreadLocalMap映射表，映射表的key是ThreadLocal实例，并且使用的是ThreadLocal的弱引用，value是具体需要存储的Object。下面用一张图展示这些对象之间的引用关系，实心箭头表示强引用，空心箭头表示弱引用。

都说 ThreadLocal 被面试官问烂了，可为什么面试官还是喜欢继续问

从上图可以看出，如果ThreadLocal没有外部强引用，当发生垃圾回收时，这个ThreadLocal一定会被回收(弱引用的特点是不管当前内存空间足够与否，GC时都会被回收)，这样就会导致ThreadLocalMap中出现key为null的Entry，外部将不能获取这些key为null的Entry的value，并且如果当前线程一直存活，那么就会存在一条强引用链：Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value，导致value对应的Object一直无法被回收，产生内存泄露。查看源码会发现，ThreadLocal的get、set和remove方法都实现了对所有key为null的value的清除，但仍可能会发生内存泄露，因为可能使用了ThreadLocal的get或set方法后发生GC，此后不调用get、set或remove方法，为null的value就不会被清除。

面试官：这个问题如何解决？

小小白 ：解决办法是每次使用完ThreadLocal都调用它的remove()方法清除数据，或者按照JDK建议将ThreadLocal变量定义成private static，这样就一直存在ThreadLocal的强引用，也就能保证任何时候都能通过ThreadLocal的弱引用访问到Entry的value值，进而清除掉。

面试官 ：就你最开始写的代码，现在又有新需求，想在子线程中获取主线程 threadLocal中set方法设置的值，如何实现？

小小白 ：使用InheritableThreadLocal，ThreadLocal threadLocal = new InheritableThreadLocal()，这样在子线程中就可以通过get方法获取到主线程set方法设置的值了。

面试官 ：InheritableThreadLocal是如何实现的？

小小白 ：InheritableThreadLocal继承了ThreadLocal，并且重写了childValue、getMap和createMap方法，当在主线程中创建InheritableThreadLocal实例对象后，通过new Thread()方式创建子线程时，进入如下代码。

    public Thread(Runnable target) {
        init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
    }
    private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
                      long stackSize) {
        init(g, target, name, stackSize, null);
    }
    private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,
                      long stackSize, AccessControlContext acc) {
        if (name == null) {
            throw new NullPointerException("name cannot be null");
        }
        this.name = name.toCharArray();
        Thread parent = currentThread();
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (g == null) {
            if (security != null) {
                g = security.getThreadGroup();
            }
            if (g == null) {
                g = parent.getThreadGroup();
            }
        }
        g.checkAccess();
        if (security != null) {
            if (isCCLOverridden(getClass())) {
                security.checkPermission(SUBCLASS_IMPLEMENTATION_PERMISSION);
            }
        }
        g.addUnstarted();
        this.group = g;
        this.daemon = parent.isDaemon();
        this.priority = parent.getPriority();
        if (security == null || isCCLOverridden(parent.getClass()))
            this.contextClassLoader = parent.getContextClassLoader();
        else
            this.contextClassLoader = parent.contextClassLoader;
        this.inheritedAccessControlContext =
                acc != null ? acc : AccessController.getContext();
        this.target = target;
        setPriority(priority);
        // 如果父线程的inheritableThreadLocals不为null
        if (parent.inheritableThreadLocals != null)
            // 通过createInheritedMap方法将父线程中inheritableThreadLocals的值复制到子线程的inheritableThreadLocals中
            this.inheritableThreadLocals =
                ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);
        /* Stash the specified stack size in case the VM cares */
        this.stackSize = stackSize;
        /* Set thread ID */
        tid = nextThreadID();
    }

当使用InheritableThreadLocal创建实例对象时，当前线程Thread对象中维护了一个inheritableThreadLocals变量，它也是ThreadLocalMap类型，在创建子线程的过程中，将主线程维护的inheritableThreadLocals变量的值复制到子线程维护的inheritableThreadLocals变量中，这样子线程就可以获取到主线程设置的值了。