ThreadLocal面试知识点总结

1 怎么new出来一个ThreadLocal

private ThreadLocal<Integer> num=new ThreadLocal<Integer>(){  
        public Integer initialValue(){  
            return 0;  
        }  
    }; 

2 实现 initialValue 有什么用

　　ThreadLocal在第一个执行get，set方法前是null，如果第一次执行get会返回initialValue的返回值，同时初始化ThreadLocalMap

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

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;
    }

3 ThreadLocalMap的数据结构

　　Entry数组，Entry是key,value结构，key是ThreadLocal对象的引用，value就是业务定义的value

static class ThreadLocalMap {
 
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;
 
            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
 
        private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
 
        private Entry[] table;

4 Entry的key为啥是弱引用

　　这样是为了不影响原ThreadLocal对象的回收，如果用户对ThreadLocal对象赋值为null，该ThreadLocal对象是有可能被回收的，如果ThreadLocalMap中是强引用会导致无法回收

5 ThreadLocal的hash值怎么算的

　　 private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
 
    private static AtomicInteger nextHashCode =
        new AtomicInteger();
 
    private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
 
    private static int nextHashCode() {
        return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
    }

　　这段代码怎么理解呢，注意这个 threadLocalHashCode 是final的，也就是说new出来后就固定了

　　如果一个类中定义了两个ThreadLocal变量，那么第一个hash值是0，第二个hash值就是0x61c88647，一次类推。这两个ThreadLocal对象都会作为key，存入当前正在执行这段代码的线程的ThreadLocalMap里。

6 扩容阈值是多少，到达了该阈值一定会扩容吗

private void setThreshold(int len) {
            threshold = len * 2 / 3;
        }

不会，此时会进行全表扫描一次，清空失效key的操作，比如ThreadLocal对象被垃圾回收了，弱引用的get返回null。如果清理过后，存活的数量达到阈值的四分之三此时扩容

private void rehash() {
            expungeStaleEntries();//遍历整个table，每一个都不放过

            // Use lower threshold for doubling to avoid hysteresis
            if (size >= threshold - threshold / 4)//清理后的size如果大于阈值的四分之三才会扩容
                resize();
        }

7 扩容算法

　　长度扩大为之前的两倍，对之前的数组里的元素进行迁移，然后重新计算扩容阈值

private void resize() {
            Entry[] oldTab = table;
            int oldLen = oldTab.length;
            int newLen = oldLen * 2;
            Entry[] newTab = new Entry[newLen];
            int count = 0;

            for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {
                Entry e = oldTab[j];
                if (e != null) {
                    ThreadLocal<?> k = e.get();
                    if (k == null) {
                        e.value = null; // Help the GC
                    } else {
                        int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
                        while (newTab[h] != null)
                            h = nextIndex(h, newLen);
                        newTab[h] = e;
                        count++;
                    }
                }
            }

            setThreshold(newLen);
            size = count;
            table = newTab;
        }

8 get的逻辑

　　get的时候回根据hash值，对size取模计算出来index，此时分为两种情况

　　1 有，还是自己，那就返回

　　2 有，但是不是自己，就是说发生了碰撞。此时要对下标+1进行查找，但是在查找的过程中还会对已经过期的entry进行清理

　　　　清理逻辑：

　　　　假设失效的下标是slot，从当前的下标开始迭代，查找那些key是null的entry，把这个entry = null，遍历的条件是遇到 entry!=null,遇到entry为null直接结束循环

　　　　如果碰到没有失效的entry，计算该entry当前的位置是否是他应该的位置（就是不发生碰撞的位置），如果是则放过，

　　　　如果发生过冲突，对这个正常数据重新执行一次摆放。

　　　　清理结束后，继续在slot获取entry，重复上面的逻辑

private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
 
            while (e != null) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                if (k == key)
                    return e;
                if (k == null)
                    expungeStaleEntry(i);
                else
                    i = nextIndex(i, len);
                e = tab[i];
            }
            return null;
        }        

expungeStaleEntry(i)我这里就不贴代码了，说明下执行过程
1 把i这个位置上的entry 的 key和value都置为null
2 从i的下一个位置开始循环，循环的条件是遍历到的entry不是null，同时下标会加一
3 如果在向后遍历时，又发现了失效的节点，那么value=null,entry=null
4 对于没有失效的entry，对每个entry进行重新摆放

从这个while循环可以看出，如果在查找过程中，如果还没找到符合的entry，就遇到了null的entry，那么循环直接结束返回null

9 set的流程

　　按照hash值计算下标的位置，

　　1 该位置为null，最简单的情况，直接放上去

　　2 如果不是null，但是key相同，更新value　　

　　3 如果不是null，但是key不同，下标加一继续找合适的位置

　　4 如果碰到过期的数据，以当前的下标的下一个位置开始向后查找直到遇到了null或者key相等停止，如果key相等那没啥说的，替换掉旧的value，然后再和过期的位置互换下，

　　　如果是null，new 一个 Entry，把这个Entry直接放到失效的节点上，直接抹杀失效节点

　　   另外还有启发式数据清理的过程

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {

            // We don't use a fast path as with get() because it is at
            // least as common to use set() to create new entries as
            // it is to replace existing ones, in which case, a fast
            // path would fail more often than not.

            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

            for (Entry e = tab[i];
                 e != null;
                 e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();

                if (k == key) {//替换逻辑
                    e.value = value;
                    return;
                }

                if (k == null) {//失效节点逻辑
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    return;//不会走到下面的逻辑，就在这里return
                }
            }

            tab[i] = new Entry(key, value);//从上面的for循环退出表示i的位置肯定是null了
            int sz = ++size;
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                rehash();
        }

private void replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value,
                                       int staleSlot) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            Entry e;

            // Back up to check for prior stale entry in current run.
            // We clean out whole runs at a time to avoid continual
            // incremental rehashing due to garbage collector freeing
            // up refs in bunches (i.e., whenever the collector runs).
            int slotToExpunge = staleSlot;
            for (int i = prevIndex(staleSlot, len);
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = prevIndex(i, len))
                if (e.get() == null)
                    slotToExpunge = i;

            // Find either the key or trailing null slot of run, whichever
            // occurs first
            for (int i = nextIndex(staleSlot, len);
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = nextIndex(i, len)) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();

                // If we find key, then we need to swap it
                // with the stale entry to maintain hash table order.
                // The newly stale slot, or any other stale slot
                // encountered above it, can then be sent to expungeStaleEntry
                // to remove or rehash all of the other entries in run.
                if (k == key) { //我们只看这里，找到了key
                    e.value = value;

                    tab[i] = tab[staleSlot];
                    tab[staleSlot] = e;//失效节点的位置直接放上找到了entry

                    // Start expunge at preceding stale entry if it exists
                    if (slotToExpunge == staleSlot)
                        slotToExpunge = i;
                    cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);//自适应清理，这部分逻辑不看，比较啰嗦
                    return;
                }

                // If we didn't find stale entry on backward scan, the
                // first stale entry seen while scanning for key is the
                // first still present in the run.
                if (k == null && slotToExpunge == staleSlot)
                    slotToExpunge = i;
            }

            // If key not found, put new entry in stale slot
            tab[staleSlot].value = null;//退出循环说明遇到了null了，直接在失效节点上创建新的entry
            tab[staleSlot] = new Entry(key, value);

            // If there are any other stale entries in run, expunge them
            if (slotToExpunge != staleSlot)
                cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
        }