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);
}

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。