Java面試題：請談談對ThreadLocal的理解？

猫鱼吐泡泡發表於2024-04-21
Java面試題thread

ThreadLocal是一種特殊的變數儲存機制，它提供了一種方式，可以在每個執行緒中儲存資料，而不會受到其他執行緒的影響。這種機制在多執行緒程式設計中非常有用，因為它允許每個執行緒擁有自己的資料副本，從而避免了資料競爭和執行緒之間的干擾，以空間換時間。

在Java中，ThreadLocal的實現主要涉及到三個類：ThreadLocal、ThreadLocalMap和WeakReference。ThreadLocal類是核心類，用於儲存執行緒區域性變數，並提供相應的訪問方法。ThreadLocalMap是一個雜湊表，用於儲存每個執行緒的本地變數。WeakReference類是一個輔助類，用於處理弱引用問題。

下圖可以增強理解：

由上圖我們可以看到ThreadLocal的內部實現包括以下幾個步驟：

  • 建立一個ThreadLocalMap物件，用於儲存每個執行緒的本地變數。

  • 在ThreadLocal物件中儲存一個WeakReference物件，用於儲存本地變數的值。這個WeakReference物件本身並不儲存實際的值，而是儲存了一個指向本地變數值的引用。

  • 當訪問本地變數時，如果本地變數已經存在，則直接使用已有的變數值；否則，建立一個新的本地變數並儲存到ThreadLocalMap中。


下面是一個使用ThreadLocal的簡單案例：

假設有一個計數器類CountingThreadLocal，它使用ThreadLocal儲存計數器的值。在主執行緒中建立多個子執行緒，每個子執行緒都從主執行緒讀取資料，修改計數器的值，設定到自己的本地記憶體裡面，並列印結果。

一張示意圖如下：

程式碼實現如下：

public class CountingThreadLocal {
    private static final ThreadLocal<Integer> counter = new ThreadLocal<Integer>(){
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        }
    };

public static void main(String[] args) {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                int count = counter.get(); // 獲取當前執行緒的計數器值
                count++; // 修改計數器值
                System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " counts: " + count);
                counter.set(count); // 將修改後的計數器值儲存回ThreadLocal中
            }).start();
        }
    }
}

輸出結果如下：

Thread Thread-0 counts: 1
Thread Thread-4 counts: 1
Thread Thread-3 counts: 1
Thread Thread-2 counts: 1
Thread Thread-1 counts: 1
Thread Thread-7 counts: 1
Thread Thread-6 counts: 1
Thread Thread-5 counts: 1
Thread Thread-9 counts: 1
Thread Thread-8 counts: 1

在上述程式碼中，我們使用ThreadLocal儲存了一個Integer型別的計數器值。在主執行緒中建立多個子執行緒時，每個子執行緒都會獲取當前執行緒的計數器值並進行修改。由於使用了ThreadLocal機制，每個執行緒都有自己的計數器副本，因此不會受到其他執行緒的影響。最終輸出的結果將展示每個執行緒的計數器值。


最後我們總結一下：

  • ThreadLocal的實現涉及到三個類：ThreadLocal、ThreadLocalMap和WeakReference。
  • ThreadLocal是一種非常有用的執行緒區域性變數儲存機制，它允許每個執行緒擁有自己的資料副本，從而避免了資料競爭和執行緒之間的干擾。　

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