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前言

ThreadLocal是jdk中一个非常重要的工具，它可以控制堆内存中的对象只能被指定线程访问，如果你经常阅读源码，基本在各大框架都能发现它的踪影。而它最经典的应用就是事务管理，同时它也是面试中的常客。

原理

我们知道，堆内存是共享的，为什么ThreadLocal能够控制指定线程访问呢？如图：

调用ThreadLocal的get方法。
获取当前线程t1.
获取t1的成员变量ThreadLocalMap。
根据ThreadLocal的hashcode计算出ThreadLocalMap中Entry[]数组的索引。
返回索引位置的值。这样我们就很容易理解了，为什么只有当前线程才能获取到某些值，因为这是这些值都直接保存在当前线程的成员变量ThreadLocalMap中，而ThreadLocal在这个过程中充当的角色则是提供它独一无二的hashcode值，这样我们就能计算出我们保存的值在ThreadLocalMap的位置。

源码分析

我们从构建一个ThreadLocal到调用它的set，get方法完整的分析一遍它的源码。

构造器

当我们使用new ThreadLocal<>() new一个ThreadLocal对象时，它初始化了一个成员变量threadLocalHashCode，这个成员变量代表当前ThreadLocal的hashcode值，而它肯定是唯一的：

ThreadLocal内部有一个静态hashCode生成器nextHashCode。
每次新new一个ThreadLocal对象，调用这个生成器同步方法获取hashcode。因为依赖于静态成员变量nextHashCode的关系，所以它的hashcode肯定唯一！

set(T t)

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

获取当前线程t。
从t中获取ThreadLocalMap map。
如果map不为空，将当前值value放入map。
如果map为空，新建一个ThreadLocalMap放入线程t。 ThreadLocalMap是ThreadLocal中的内部类，它的结构如下：

public class ThreadLocalMap {
    
    static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
        Object value;

        Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
            super(k);
            value = v;
        }
    }

    private Entry[] table;
    
    private int size = 0;
    
    private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
    
    private int threshold; // Default to 0
}

类似于ArrayList内部的构造，它内部有一个Entry数组table，并且Entry继承自弱引用（gc时保存的ThreadLocal会被标记清理），所以每一个Entry中保存着两个值，ThreadLocal,value，value既是我们要保存的值。接着，我们回过头详细分析第三步，ThreadLocalMap的set方法：

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);  // 1

            for (Entry e = tab[i];
                 e != null;         // 2
                 e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();

                if (k == key) {   // 3
                    e.value = value;
                    return;
                }

                if (k == null) {   // 4
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    return;
                }
            }

            tab[i] = new Entry(key, value);  // 5
            int sz = ++size;
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)   // 6
                rehash();
        }

根据ThreadLocal的hashCode计算出在entry中的索引i。
取出i对应的Entry值e。
如果e的key等于当前ThreadLocal，代表已经有一个一样的ThreadLocal在这个entry设值，直接替换这个entry上的value。
e上面的ThreadLocal为null，代表垃圾收集器准备回收这个Entry了，重新计算数组大小，重新hash。
i位置还没有初始化（第一次set这个ThreadLocal），直接将value放到i的位置。
扩容Entry数组。

get()

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();
}

获取当前线程。
从当前线程中获取ThreadLocalMap
从ThreadLocalMap中找出ThreadLocal对应的Entry.
如果Entry不为null，直接返回Entry中的value
返回初始值。其中，ThreadLocalMap的get(ThreadLocal tl)如下：
它和我们一开始的分析一样，根据ThreadLocal的hashcode成员变量计算出索引位置i，得到Entry。这里同样有特殊情况，如果得到的Entry的key和当前ThreadLocal不相等，代表这个Entry将被垃圾收集处理，调用getEntryAfterMiss rehash，计算数组大小。

注意事项

从上面的代码分析中，我们知道，ThreadLocalMap的生命周期和当前线程同步，如果当前线程被销毁，则map中的所有引用均被销毁。但如果当前线程不被销毁呢（线程池，tomcat处理请求等）？Entry中保存了ThreadLocal的弱引用以及value，gc时可能清理掉ThreadLocal，而这个value确再没有访问之地，这个时候就会造成内存泄漏！所以我们需要手动调用remove方法清理掉当前线程ThreadLocalMap的引用！

总结

ThreadLocal中真正保存的值还是在线程的ThreadLocalMap中，ThreadLocal只是使用它的hashcode值充当中间计算变量。
ThreadLocalMap内部使用一个Entry数组保存数据，它根据ThreadLocal计算出来的hashcode得到Entry的索引值，而ThreadLocal的hashcod在其内部的静态工具类产生，所以不会出现冲突。
在线程池模式下，ThreadLocal生命周期伴随着线程一直存在，可能出现内存泄漏的情况，最好手动调用remove方法。

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