ThreadLocal 是什么？有哪些使用场景？说一下 synchronized 底层实现原理？synchronized 和 volatile 的区别是什么？

ThreadLocal 是什么？有哪些使用场景？

ThreadLocal是Java中的一个线程级别的变量，它为每个线程提供了独立的变量副本。换句话说，每个线程都可以通过ThreadLocal访问自己的变量副本，互不干扰。ThreadLocal的主要作用是为多线程环境下的数据共享问题提供一种解决方案。

ThreadLocal的使用场景主要包括以下几种情况：

1. 线程封闭（Thread Confinement）：将某个对象封闭在单个线程中，使其只能被该线程访问。通过将该对象存储在ThreadLocal中，可以保证每个线程持有的是自己的对象副本，避免了线程安全问题。
2. 保存线程上下文信息：例如，Web开发中，可以使用ThreadLocal来存储当前请求的用户信息、请求参数等，这样在整个请求处理过程中，各个组件可以方便地访问和共享这些信息，而不必显式地传递。
3. 数据库连接管理：在多线程环境下，使用ThreadLocal可以将数据库连接与每个线程关联起来，确保每个线程获取到的都是自己的连接，避免了线程之间的数据库连接混乱。
4. 事务管理：在事务管理中，可以使用ThreadLocal来保存事务的上下文信息，每个线程执行事务操作时都可以从ThreadLocal中获取自己的事务上下文，方便实现多个事务之间的隔离。
5. 线程池中的任务隔离：在线程池中，使用ThreadLocal可以实现任务之间的数据隔离，每个任务都可以通过ThreadLocal访问自己的数据，而不会受到其他任务的影响。

使用ThreadLocal需要注意以下几点：

1. 内存泄漏问题：由于ThreadLocal的生命周期通常要比线程长，如果没有及时清理ThreadLocal中的变量副本，可能会导致内存泄漏。因此，在使用完ThreadLocal后，应该显式地调用remove()方法清理其中的变量副本。
2. 共享变量问题：虽然ThreadLocal可以提供线程级别的变量副本，但并不适合用于共享变量的场景。因为不同线程之间的变量副本是相互独立的，无法实现线程之间的通信和共享。

总结起来，ThreadLocal为每个线程提供了独立的变量副本，解决了多线程环境下的数据共享问题。它的使用场景包括线程封闭、保存线程上下文信息、数据库连接管理、事务管理和任务隔离等。在使用ThreadLocal时，需要注意内存泄漏和共享变量问题。

说一下 synchronized 底层实现原理？

synchronized 是 Java 中用于实现线程同步的关键字，它可以修饰方法或代码块，确保在多线程环境下对共享资源的安全访问。synchronized 的底层实现涉及到对象头（Object Header）、锁升级、锁的状态等多个方面。

1. 对象头（Object Header）：每个Java对象在内存中都有一个对象头，其中包括了一些元数据信息，比如对象的哈希码、GC标记信息以及锁信息。在使用 synchronized 时，对象头中的锁信息被用来存储对象的锁状态。

2. 锁的状态：在Java虚拟机中，synchronized 的锁状态有四种，分别是无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态和重量级锁状态。这些状态是为了在不同场景下提供不同的性能优化。

3. 锁升级：在多线程竞争激烈的情况下，synchronized 会根据锁的状态逐渐升级，以减少线程切换带来的性能损耗。从偏向锁到轻量级锁再到重量级锁的升级过程，是为了在不同的竞争程度下提供不同的锁实现。

4. 同步代码块的实现原理：当使用 synchronized 同步代码块时，Java虚拟机会在编译时在同步块的前后分别插入 monitorenter 和 monitorexit 指令。monitorenter 用于获取对象锁，如果对象已经被锁定，当前线程将进入阻塞状态；monitorexit 用于释放对象锁。这样可以确保同步代码块中的操作在获取锁后才能执行，从而保证了线程安全。

总之，synchronized 的底层实现涉及对象头、锁的状态、锁升级和同步代码块的实现原理。通过合理地管理锁状态和实现方式，synchronized 能够在多线程环境下提供有效的线程安全保障，并且通过锁升级等机制来提高性能。

synchronized 和 volatile 的区别是什么？

synchronized 和 volatile 都是 Java 中用于实现多线程同步的关键字，它们的作用虽然有些相似，但却有着本质上的区别。

1. 实现方式：synchronized 是基于对象锁的实现，它可以修饰方法或代码块，确保在多线程环境下对共享资源的安全访问；volatile 则是基于内存可见性的实现，它可以修饰变量，确保该变量在多线程环境下的可见性。

2. 适用范围：synchronized 可以应用于多线程环境下的各个场景，包括线程间的协作、资源共享等；而 volatile 更适合用于只涉及一个变量的场景，比如标记位、状态转换等。

3. 线程安全：synchronized 能够提供线程安全保障，它可以确保同一时间只有一个线程能够访问共享资源，从而避免了数据竞争和并发问题；volatile 则不能提供完整的线程安全保障，它只能保证被修饰变量的可见性，但并不能保证原子性和有序性。

4. 性能开销：synchronized 的性能开销较大，它会引入线程切换、锁升级等操作，从而导致一定的性能损耗；volatile 的性能开销相对较小，它只需要保证内存可见性即可。

综上所述，synchronized 和 volatile 的区别主要在于实现方式、适用范围、线程安全和性能开销四个方面。在使用时应根据具体场景选择合适的关键字，以确保多线程环境下的正确性和效率。