深入解析ThreadLocal：原理与实战

“ThreadLocal详解，包括其与Thread的关系、ThreadLocalMap的结构、弱引用、方法原理以及清理策略。” **ThreadLocal** 是 Java 中用于线程局部变量的类，它允许每个线程拥有独立的变量副本，从而实现线程间的隔离。ThreadLocal 不是通过继承来实现线程局部变量，而是通过在每个线程内部维护一个 ThreadLocal 变量的副本来达到目的。 ### ThreadLocalMap 和 Thread 与 ThreadLocal 的关系 ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 的内部类，它是一个特化的哈希表，用于存储每个线程的 ThreadLocal 变量。当首次调用 ThreadLocal 的 `set()` 方法时，会在当前线程中创建一个 ThreadLocalMap 实例，并将 ThreadLocal 对象作为键，存储的值作为值。这意味着每个线程都有自己的 ThreadLocalMap，而不是所有线程共享一个。 ### ThreadLocalMap 结构 ThreadLocalMap 使用 Entry 类作为它的存储单元，Entry 是一个内部静态类，它的键是 ThreadLocal 对象，值是用户存储的对象。Entry 使用弱引用保存 ThreadLocal 键，目的是在 ThreadLocal 对象不再被引用时，可以被垃圾收集器回收，但需要注意的是，如果值对象仍然被其他引用，Entry 本身不会被回收。 ### ThreadLocalMap 的方法原理 - **set()**: 将指定的值与当前线程的 ThreadLocalMap 关联。它使用线程局部哈希和黄金分割数（HASH_INCREMENT）来计算索引，以实现均匀分布，减少冲突。 - **get()**: 根据当前线程的 ThreadLocalMap 查找对应的值。如果找不到，则返回 null。 - **remove()**: 移除当前线程 ThreadLocalMap 中对应的 Entry，释放对值对象的引用。 ### 清理过期 key 的方式 ThreadLocalMap 有两种清理过期 key 的方式： 1. **启发式清理**：在 ThreadLocal 对象被垃圾收集时，如果其在 ThreadLocalMap 中的引用变为弱引用，那么在下次调用 get() 或 set() 时会尝试清理。 2. **探测式清理**：在每次调用 set()、get() 或 remove() 方法时，检查并移除已经死亡的 ThreadLocal 引用。 ### 扩容触发条件 当 ThreadLocalMap 需要扩容时，通常是在插入新 Entry 且当前索引位置已满的情况下。它会创建一个新的更大的数组，并将旧数组中的元素复制过去。 ### 示例代码分析 在提供的代码中，可以看到 ThreadLocal 的一些关键特性，如 `threadLocalHashCode` 的初始化，它是基于黄金分割数的哈希值，用于提高在 ThreadLocalMap 中的分布均匀性。`nextHashCode()` 方法用于获取下一个哈希值，每次调用增加 HASH_INCREMENT。 ThreadLocal 提供了一种在多线程环境下安全地存储和访问线程局部变量的方法，而 ThreadLocalMap 则是其实现的核心。理解和掌握 ThreadLocal 及其工作原理对于编写高效的并发代码至关重要。