摘要：節選源碼中比較重要的方法進行分析，如下可以看到，數據結構就是每個線程都有一個類型的變量來維護線程內的所有實例。
節選jdk源碼中比較重要的方法進行分析，如下:
public class ThreadLocal {
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
private static AtomicInteger nextHashCode =
new AtomicInteger();
private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
private static int nextHashCode() {
return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}
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();
}
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
m.remove(this);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
static class ThreadLocalMap {
static class Entry extends WeakReference> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
/**
* The table, resized as necessary.
* table.length MUST always be a power of two.
*/
private Entry[] table;
/**
* The number of entries in the table.
*/
private int size = 0;
private int threshold; // Default to 0
/**
* Set the resize threshold to maintain at worst a 2/3 load factor.
*/
private void setThreshold(int len) {
threshold = len * 2 / 3;
}
private static int nextIndex(int i, int len) {
return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}
ThreadLocalMap(ThreadLocal firstKey, Object firstValue) {
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
size = 1;
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}
private Entry getEntry(ThreadLocal key) {
int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
Entry e = table[i];
if (e != null && e.get() == key)
return e;
else
return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal key, int i, Entry e) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
while (e != null) {
ThreadLocal k = e.get();
if (k == key)
return e;
if (k == null)
expungeStaleEntry(i);
else
i = nextIndex(i, len);
e = tab[i];
}
return null;
}
private void set(ThreadLocal key, Object value) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal k = e.get();
if (k == key) {
e.value = value;
return;
}
if (k == null) {
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}
private void remove(ThreadLocal key) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
if (e.get() == key) {
e.clear();
expungeStaleEntry(i);
return;
}
}
}
}
}
可以看到，數據結構就是每個線程都有一個ThreadLocalMap類型的threadLocals變量來維護線程內的所有ThreadLocal實例。ThreadLocalMap并不繼承Map，底層數據結構是一個數組ThreadLocalMap.Entry[] table數組(默認大小16)，以及ThreadLocalMap.Entry(注意，它并不像HashMap那樣，它并不是個鏈表元素，沒有next引用),Entry的key是ThreadLocal對象，Entry在table中的位置由threadLocalHashCode決定，它在每次ThreadLocal初始化時被賦予值，每次都會增加 0x61c88647,注意:nextHashCode是一個靜態變量.
ThreadLocal設置與獲取值：
在設置值的時候，會現根據Thread.currentThread()即當前線程獲取其ThreadLocalMap變量，再調用ThreadLocalMap.set方法,傳入的key為ThreadLocal對象本身。那么存在哪里呢？它會根據int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);來計算出索引，其中len為table數組的長度，接下來就對table[i]上的Entry進行判斷，如果Entry的key=我們傳入的key，那么就更新它。如果Entry的key為null(由于Entry的key是WeakReference，所以其key的生命周期與GC相關，下次GC時會被回收，從而導致null的出現)，那么就覆蓋它。否則i+1，尋找下個位置，如果找到了仍然按上述邏輯來，如果沒找到，那么就會在數組尾部新建Entry并判斷是否需要擴容table數組(擴容因子2/3)，如果需要擴容，那么同時需要rehash操作。
在獲取值的時候，會現根據Thread.currentThread()即當前線程獲取其ThreadLocalMap變量，再調用ThreadLocalMap.getEntry方法,傳入的key為ThreadLocal對象本身。其中會進行key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);計算獲取索引值i，如果table[i]==key,那么返回，否則就會調用getEntryAfterMiss,其內部邏輯就是，循環一直對i+1并獲取索引處的Entry,如果Entry.key相等返回，如果Entry,key為null，清除對應的值(為防止內存泄漏的一個舉措).
還有個remove方法：
其會清除Entry的key及對應的value
ThreadLocal如何保證隔離各個線程呢？
前面說了，ThreadLocal的set/get底層都是通過ThreadLocalMap來進行的，而每個線程都有自己的ThreadLocalMap變量，通過Thread.currentThread().threadLocals來獲取。所以這樣就確保了每個線程的ThreadLocal對其他線程不可見。那么我在一個線程初始化的時候拿到了另一個線程的引用，比如在main thread new 一個 thread,那么main thread就獲取了那個thread的引用t，此時，我通過t.threadLocals來獲取這個ThreadLocalMap并操作其中的ThreadLocal行不行？親愛的，這是不行的。因threadLocals是默認的訪問修飾，也就是說只有當前包(java.lang)情況下可訪問.
那為什么ThreadLocal變量會導致內存泄漏呢？
首先來回顧下Entry的代碼
static class Entry extends WeakReference> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
Entry是實現了弱引用的。那么來說說Java中有四種引用類型之弱引用
WeakReference標志性的特點是：reference實例不會影響到被應用對象的GC回收行為，只要對象被除WeakReference對象之外所有的對象解除引用后，該對象便可以被GC回收，只不過在被對象回收之后，reference實例想獲得被應用的對象時程序會返回null
但要注意的是，此處的弱引用針對的是key，而value仍然是強引用。
從前面的代碼我們看到，set方法在碰到Entry.key==null是時會調用replaceStaleEntry,而replaceStaleEntry內部又會調用expungeStaleEntry, get方法則在碰到Entry.key==null時直接調用expungeStaleEntry。那么我們來看看這個expungeStaleEntry代碼：
private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
// expunge entry at staleSlot
tab[staleSlot].value = null;
tab[staleSlot] = null;
size--;
// Rehash until we encounter null
Entry e;
int i;
for (i = nextIndex(staleSlot, len);
(e = tab[i]) != null;
i = nextIndex(i, len)) {
ThreadLocal k = e.get();
if (k == null) {
e.value = null;
tab[i] = null;
size--;
} else {
int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
if (h != i) {
tab[i] = null;
// Unlike Knuth 6.4 Algorithm R, we must scan until
// null because multiple entries could have been stale.
while (tab[h] != null)
h = nextIndex(h, len);
tab[h] = e;
}
}
}
return i;
}
可以看到它除了釋放索引i處Entry的key，value引用之外，還會遍歷i后面的索引，只要碰到Entry.key為null的都會進行釋放。同時會對已有不在hash定位處的Entry進行移動位置，以降低后續哈希碰撞的幾率。
一言以蔽之，就是ThreadLocal本身為防止內存泄漏作出了一定的努力，首先Entry.key為弱引用，在ThreadLocal沒有被其他比弱引用強的引用如強引用，軟引用引用時，下次GC時，Entry.key即ThreadLocal弱引用會被回收，但是Entry.value是強引用，需要在當前線程的任意一個get,set調用并且碰到Entry.key==null的情形下會清除對于的Entry并釋放value引用。
那么問題來了，當我們使用線程池的時候，萬一這該死的線程一直處理存活狀態(不斷運行不同的Runnable，每個Runnable又new一個或多個ThreadLocal)，而且get,set大部分時候都沒碰到Entry.key==null的情形(threadLocalHashCode & (len-1)說怪我咯)，那么就會導致內存泄漏。其實出現這樣的幾率有點低，對吧？但是畢竟是存在這樣的可能性嘛，那么如何防范呢？其實只要我們養成一個好習慣就可以了，那就是每次使用完ThreadLocal后，調用其remove方法即可防止內存泄漏。
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