持续总结中！2024年面试必问 100 道 Java基础面试题（四十五）-EW帮帮网

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八十九、在Java中，什么是线程局部变量（ThreadLocal变量）？

在Java中，ThreadLocal变量是一种特殊的变量，它为每个线程提供了一个独立副本的变量。当一个线程访问通过ThreadLocal对象发布的变量时，它实际上是访问该变量在当前线程的副本，而不是共享的原始副本。这种方式可以避免在多线程环境下的同步问题，因为每个线程只操作自己的数据副本。

线程局部变量的主要特点：

线程隔离：每个线程通过ThreadLocal访问到的变量是隔离的，互不影响。
存储机制：ThreadLocal内部使用ThreadLocalMap来存储每个线程的局部变量副本。这个映射是线程私有的，键是ThreadLocal对象，值是线程局部变量的副本。
内存泄漏：由于ThreadLocalMap的生命周期与线程相同，如果ThreadLocal对象被回收，但是ThreadLocalMap中仍然有对它的引用，就可能导致内存泄漏。因此，通常推荐在使用完ThreadLocal后调用remove()方法来清除线程局部变量。
初始值：可以通过ThreadLocal的withInitial方法提供初始值函数，为每个线程的局部变量提供初始值。
更新和访问：线程可以通过调用set(T value)方法来更新自己的局部变量副本，通过get()方法来访问自己的副本。

使用场景：

线程特定的配置：当需要为每个线程提供特定的配置信息时，可以使用ThreadLocal来存储这些信息。
用户会话信息：在web应用中，可以为每个用户请求创建一个线程局部的用户会话对象，存储用户信息。
线程安全的单例：可以利用ThreadLocal实现线程安全的单例模式，每个线程都有自己的单例实例。
数据库连接和事务管理：在某些情况下，可以将数据库连接或事务管理对象存储在ThreadLocal中，确保每个线程使用自己的数据库连接。

示例代码：

public class ThreadLocalExample {
    private static final ThreadLocal<String> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> "default value");

    public static void main(String[] args) {
        // 线程1
        new Thread(() -> {
            threadLocal.set("value for thread 1");
            System.out.println("Thread 1: " + threadLocal.get());
        }).start();

        // 线程2
        new Thread(() -> {
            threadLocal.set("value for thread 2");
            System.out.println("Thread 2: " + threadLocal.get());
        }).start();
    }
}

在这个示例中，两个线程各自设置了ThreadLocal变量的值，并且只能访问到自己的值，互不影响。

注意事项：

由于ThreadLocal变量是线程私有的，因此它们不能被synchronized或ReentrantLock等同步机制保护，因为它们不存在线程间的竞争条件。
使用ThreadLocal时，要注意内存泄漏的问题，尤其是在线程池中，因为线程可能会复用，而ThreadLocal变量如果没有及时清理，可能会导致长时间占用内存。
在使用ThreadLocal时，应该尽量在不需要时及时移除对应的线程局部变量，以避免潜在的内存泄漏风险。

ThreadLocal为多线程环境中的变量隔离提供了一种简单而高效的方式，但在使用时也需要考虑到内存泄漏等潜在问题。

九十、如何实现Java程序的并发执行？

在Java中实现并发执行主要涉及以下几个方面：

1. 线程（Thread）

线程是实现并发执行的基本单位。在Java中，可以通过继承Thread类或实现Runnable接口来创建线程。

继承Thread类：创建一个类继承Thread类，并重写run()方法。

class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        // 线程执行的代码
    }
}

// 实例化并启动线程
MyThread t = new MyThread();
t.start();

实现Runnable接口：创建一个类实现Runnable接口，并实现run()方法。

class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        // 线程执行的代码
    }
}

// 使用Thread类创建线程并启动
Thread t = new Thread(new MyRunnable());
t.start();

2. 线程池（ThreadPool）

线程池用于管理线程资源，它可以有效地控制并发执行的线程数量，提高性能，并减少系统资源的消耗。

Executor框架：Java提供了java.util.concurrent包，其中包含了Executor框架，用于创建和管理线程池。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10); // 创建一个固定大小的线程池
executor.submit(() -> {
    // 并发执行的任务
});
executor.shutdown(); // 关闭线程池

3. 同步（Synchronization）

在多线程环境下，为了避免线程间的数据竞争和状态不一致，需要使用同步机制。

同步代码块：使用synchronized关键字来同步一段代码块。

synchronized (obj) {
    // 需要同步的代码
}

同步方法：在方法声明中使用synchronized关键字，使整个方法成为同步方法。

public synchronized void myMethod() {
    // 方法体
}

4. 并发集合（Concurrent Collections）

Java提供了一组线程安全的集合类，位于java.util.concurrent包中，如ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue等。

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put("key", "value"); // 线程安全的put操作

5. 并发工具类（Concurrent Utilities）

Java提供了一些并发工具类，如CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore等，用于控制并发流程。

CountDownLatch：允许一个或多个线程等待一组事件的发生。

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
// 线程执行任务
latch.countDown(); // 事件完成，减少计数
latch.await(); // 等待事件完成

6. 原子变量（Atomic Variables）

Java提供了一组原子变量类，如AtomicInteger、AtomicLong等，它们利用CAS（Compare-And-Swap）操作来实现线程安全的变量更新。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
count.incrementAndGet(); // 原子地增加并返回当前值

7. 锁（Locks）

java.util.concurrent.locks包提供了更强大的锁机制，如ReentrantLock。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock(); // 获取锁
try {
    // 受保护的代码
} finally {
    lock.unlock(); // 释放锁
}

8. 并发异常处理

在编写并发程序时，需要特别注意异常处理，以避免线程因为未捕获的异常而意外终止。

Thread t = new Thread(() -> {
    try {
        // 可能抛出异常的代码
    } catch (Exception e) {
        // 异常处理
    }
});
t.start();

9. 并发设计模式

合理应用并发设计模式，如生产者-消费者模式、读写锁模式等，可以简化并发程序的逻辑，提高代码的可读性和可维护性。

实现Java程序的并发执行是一个复杂的过程，需要综合考虑资源管理、线程安全、性能优化等多个方面。正确使用Java提供的并发工具和机制，可以有效地提高程序的并发性能和稳定性。

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