面试 Java 并发编程八股文十问十答第十六期

作者：程序员小白条，个人博客

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1）`final` 和可以保证可见性吗？

final 关键字可以确保在多线程环境下的一些可见性和内存一致性，但它不是一种通用的可见性保证机制。具体来说：

对于基本数据类型：final 可以确保在多线程环境下的可见性和不可变性。一旦一个 final 变量被赋予了初始值，其他线程在读取该变量时将会看到最新的值，而且该变量不可被修改。
对于引用类型：final 修饰的引用变量保证了引用的不可变性，即这个引用变量只能指向初始化时指定的对象，不能指向其他对象。但是，final 并不保证引用对象的状态的不可变性，即被 final 修饰的引用指向的对象的状态仍然可以改变，因此如果引用的对象是可变的，其他线程在读取该引用指向的对象时仍然可能看到旧的状态。

综上所述，final 关键字可以确保可见性和不可变性，但仅限于被修饰的变量本身，而不涉及引用对象的状态。

2）为什么需要 ThreadLocal

ThreadLocal 是一个线程封闭的变量，在多线程环境下，每个线程都拥有自己独立的 ThreadLocal 变量副本，互不干扰。主要用途包括：

线程安全：通过 ThreadLocal 可以避免多线程之间共享数据时的竞态条件和同步问题，每个线程都可以独立访问自己的 ThreadLocal 变量副本，不会被其他线程修改而影响。
避免参数传递：使用 ThreadLocal 可以避免在方法间频繁传递参数，特别是那些需要在多个方法中使用的参数，将这些参数放在 ThreadLocal 中可以在方法中直接访问，简化了代码逻辑。
上下文隔离：在某些情况下，需要在同一个线程的多个方法中共享某些数据，但不希望将这些数据暴露给其他线程，这时可以使用 ThreadLocal 来存储这些数据，实现上下文隔离。

3）应该如何设计 ThreadLocal ？

在设计 ThreadLocal 使用时，需要考虑以下几个方面：

生命周期管理：确保 ThreadLocal 变量的生命周期符合业务需求，避免内存泄漏和意外的持有时间过长。
初始值设置：可以通过 initialValue() 方法或者 withInitial() 方法来设置 ThreadLocal 初始值，确保在第一次访问时能够获取到正确的值。
避免过度使用：虽然 ThreadLocal 在某些场景下非常有用，但过度使用 ThreadLocal 也可能导致代码可读性下降和难以调试的问题，需要权衡使用场景。
内存使用：ThreadLocal 变量是存储在每个线程的 ThreadLocalMap 中的，因此需要注意内存占用问题，避免一次性存放大量数据导致内存占用过高。
清理资源：在不再需要使用 ThreadLocal 变量时，需要及时清理，避免内存泄漏，可以通过调用 remove() 方法来清理 ThreadLocal 变量。

综上所述，设计 ThreadLocal 需要考虑到生命周期管理、初始值设置、避免过度使用、内存使用和清理资源等方面。

4）从源码看 ThreadLocal 的原理

ThreadLocal 的核心原理是通过 ThreadLocalMap 来实现线程本地变量的存储和访问。每个线程都有一个 ThreadLocalMap，其中的键值对是 ThreadLocal 实例作为键，线程本地变量作为值。

当调用 ThreadLocal 的 set() 方法时，会先获取当前线程的 ThreadLocalMap，然后将 ThreadLocal 实例作为键，要存储的值作为值，存入 ThreadLocalMap 中。当调用 get() 方法时，也是先获取当前线程的 ThreadLocalMap，然后根据 ThreadLocal 实例获取对应的值。

在 ThreadLocal 中，使用了弱引用来解决内存泄漏的问题。具体来说，ThreadLocal 中的 ThreadLocalMap 使用了 WeakReference 来持有 ThreadLocal 对象，这样当 ThreadLocal 对象没有强引用时，垃圾回收器可以自动回收它，从而防止内存泄漏。

5）ThreadLocal 内存泄露之为什么要用弱引用

ThreadLocal 内存泄漏通常发生在 ThreadLocal 没有被清理的情况下，但线程已经结束，而 ThreadLocalMap 中的引用仍然存在，导致 ThreadLocal 无法被垃圾回收，从而造成内存泄漏。

使用弱引用可以解决这个问题，因为弱引用不会阻止对象被垃圾回收。当 ThreadLocal 对象没有强引用时，即使在 ThreadLocalMap 中还有对它的弱引用，垃圾回收器也可以回收这个 ThreadLocal 对象。这样就避免了因为线程结束而导致的 ThreadLocal 内存泄漏问题。

6）ThreadLocal 的最佳实践

在使用 ThreadLocal 时，可以遵循以下最佳实践：

及时清理资源：在不再需要使用 ThreadLocal 变量时，调用 remove() 方法清理资源，避免内存泄漏。
避免过度使用：虽然 ThreadLocal 在某些场景下非常有用，但过度使用可能导致代码可读性下降和难以调试的问题，需要谨慎使用。
注意内存占用：ThreadLocal 变量存储在每个线程的 ThreadLocalMap 中，需要注意内存占用问题，避免一次性存放大量数据导致内存占用过高。
合理使用初始化方法：可以使用 initialValue() 方法或者 withInitial() 方法来设置 ThreadLocal 初始值，确保在第一次访问时能够获取到正确的值。
线程池场景下的使用：在使用线程池的情况下，需要特别小心 ThreadLocal 的使用，因为线程池中的线程复用可能导致 ThreadLocal 变量持续存在，容易引发内存泄漏，可以考虑使用 InheritableThreadLocal 来处理线程池中的线程。

综上所述，合理使用 ThreadLocal，及时清理资源，避免过度使用，可以有效地防止内存泄漏问题，并提高代码的可维护性和可读性。

7）父子线程之间如何传递数据？

在父子线程之间传递数据，可以通过以下几种方式实现：

使用 InheritableThreadLocal：InheritableThreadLocal 是 ThreadLocal 的一个子类，它可以在父线程中设置的值自动传递给子线程。这种方式适用于父子线程之间需要共享数据的场景。
使用线程池的 ThreadLocal：如果是使用线程池管理线程的情况下，可以使用线程池的 ThreadLocal 来传递数据。线程池中的线程在执行任务时会复用，可以通过设置线程池的 ThreadLocal 来传递数据给子线程。
通过参数传递：父线程可以将需要传递的数据作为参数传递给子线程的构造函数、方法或者通过其他方式传递给子线程。
使用共享变量：父线程和子线程可以通过共享变量的方式来传递数据，但需要注意线程安全性。

以上方法可以根据具体的场景和需求选择合适的方式进行父子线程之间的数据传递。

8）ThreadLocal 的缺点？

ThreadLocal 虽然有诸多优点，但也存在一些缺点：

内存泄漏：如果没有及时调用 remove() 方法清理 ThreadLocal 变量，可能会导致内存泄漏，特别是在使用线程池的情况下。
线程池场景下的问题：在使用线程池的情况下，ThreadLocal 变量可能会被复用，导致 ThreadLocal 变量持续存在，容易引发内存泄漏。
不适合共享变量：ThreadLocal 变量仅在当前线程中可见，不适合用于共享变量，如果需要多个线程之间共享数据，还是需要考虑其他方式。
上下文传递不明确：使用 ThreadLocal 变量可能会导致代码的上下文传递不明确，可读性下降。

9）应该如何针对 ThreadLocal 缺点改进

针对 ThreadLocal 的缺点，可以考虑以下改进方式：

合理管理资源：及时调用 remove() 方法清理 ThreadLocal 变量，避免内存泄漏问题。
使用线程池专用的 ThreadLocal 实现：针对线程池场景，可以使用专门针对线程池设计的 ThreadLocal 实现，如 FastThreadLocal。
避免滥用：避免在不适合的场景下滥用 ThreadLocal，考虑是否真正需要线程间隔离和独立的场景。
考虑其他数据传递方式：在需要共享数据的场景下，考虑使用其他方式传递数据，如通过参数传递、全局变量等。
加强文档和培训：加强对 ThreadLocal 使用的文档和培训，让开发人员充分了解 ThreadLocal 的使用场景、注意事项和最佳实践。

10）FastThreadLocal 的原理是？

FastThreadLocal 是一个对 ThreadLocal 的替代实现，旨在解决 ThreadLocal 在高并发场景下性能不佳的问题。其原理主要包括以下几点：

使用数组代替 Map：FastThreadLocal 使用数组来存储线程本地变量，而不是使用 HashMap。这样可以减少散列计算和冲突处理的开销。
索引代替弱引用：FastThreadLocal 使用线程索引来访问线程本地变量，而不是通过弱引用和哈希表查找。每个线程都有一个唯一的索引，可以直接通过索引来访问线程本地变量。
空间换时间：FastThreadLocal 通过空间换时间的方式来提高性能，通过预先分配足够的空间来存储线程本地变量，避免了动态扩容和哈希表的开销。
线程安全性：FastThreadLocal 通过线程索引来访问线程本地变量，保证了线程安全性，避免了多线程竞争的问题。

综上所述，FastThreadLocal 主要通过使用数组代替 Map、索引代替弱引用和空间换时间等方式来提高

开源项目地址：https://gitee.com/falle22222n-leaves/vue_-book-manage-system

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