概述

ThreadLocal 是 Java 中一个用于提供线程局部变量的工具类。它为每个线程提供了一个独立的副本，使得每个线程在使用变量时不会受到其他线程的干扰。在多线程环境下，使用 ThreadLocal 可以保证变量的线程安全性。本文将从源码角度解析 ThreadLocal 的实现原理。

ThreadLocal 的内部结构和关键方法

ThreadLocal 类的内部结构包括一个内部类 ThreadLocalMap 和一个继承自 WeakReference 的静态内部类 ThreadLocalMap.ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 的关键部分，它是一个线程局部变量的容器，通过 ThreadLocalMap 来存储每个线程的独立副本。ThreadLocalMap 的实现依赖于 ThreadLocal 的哈希值，因此 ThreadLocal 的哈希值对于线程局部变量的访问起到了重要的作用。

ThreadLocal 类的关键方法包括：

  1. set() 方法：用来设置当前线程的线程局部变量的值。
  2. get() 方法：用来获取当前线程的线程局部变量的值。
  3. remove() 方法：用来移除当前线程的线程局部变量的值。
  4. initialValue() 方法：用来初始化当前线程的线程局部变量的默认值。
  5. createMap() 方法：用来创建当前线程的 ThreadLocalMap 对象。
  6. getMap() 方法：用来获取当前线程的 ThreadLocalMap 对象。

ThreadLocal 的实现原理

ThreadLocal 的实现原理主要涉及了哈希值的计算和 ThreadLocalMap 的操作。当一个线程首次调用 ThreadLocal 的 set() 或 get() 方法时，会先获取当前线程的 ThreadLocalMap 对象，如果 ThreadLocalMap 对象不存在，则会通过 createMap() 方法来创建。然后，通过 ThreadLocal 的哈希值，确定线程局部变量在 ThreadLocalMap 中的存储位置。如果当前线程的 ThreadLocal 对象已经存在于 ThreadLocalMap 中，则直接进行存取操作；否则，通过 ThreadLocal 的 set() 方法将线程局部变量存储到 ThreadLocalMap 中。对于已经存在于 ThreadLocalMap 中的 ThreadLocal 对象，可以通过 get() 方法来获取对应的线程局部变量的值。

需要注意的是，ThreadLocalMap 中的 Entry 是通过 ThreadLocal 的弱引用来引用的。这是为了避免内存泄漏，当 ThreadLocal 没有被其他对象引用时，垃圾回收器会自动回收 ThreadLocal 对象，从而避免了对线程局部变量的强引用。


/**
 * ThreadLocal的set()方法
 * 将当前线程的线程局部变量设置为指定的值。
 */
public void set(T value) {
    // 获取当前线程的ThreadLocalMap
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

/**
 * ThreadLocalMap的set()方法
 * 将指定的ThreadLocal对象映射到指定的值。
 */
private void set(ThreadLocal key, Object value) {
    // 计算ThreadLocal对象的哈希值
    int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
    // 遍历哈希桶，查找是否存在相同的ThreadLocal对象
    for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        ThreadLocal k = e.get();
        if (k == key) {
            // 更新相同ThreadLocal对象的值
            e.value = value;
            return;
        }
    }
    // 创建新的Entry并插入到对应的哈希桶中
    addEntry(key, value, i);
}
Java

以上是 ThreadLocal 类和 ThreadLocalMap 类中的部分关键代码，从中可以看出 ThreadLocal 的实现原理。通过 ThreadLocal 的 set() 方法将线程局部变量设置为指定值时，会先获取当前线程的 ThreadLocalMap 对象，然后通过 ThreadLocal 的哈希值确定线程局部变量在 ThreadLocalMap 中的位置。如果 ThreadLocal 对象已经存在于 ThreadLocalMap 中，则直接更新线程局部变量的值；否则，创建新的 Entry 并插入到哈希桶中。通过 ThreadLocal 的 get() 方法可以获取线程局部变量的值。