【Java并发006】面试官：谈一谈你对ThreadLocal类的理解？

一、前言

在Java多线程模块中，ThreadLocal是经常被提问到的一个知识点，提问的方式多种多样，只有理解透彻了，才能回答的游刃有余。以下介绍基于JDK1.8进行。

二、定义与用法

2.1 定义

一般的变量是多个线程共享，如果想一个线程独享一个变量，就用ThreadLocal类

从名字我们可以看出ThreadLocal叫做线程局部变量，意思是ThreadLocal在每个线程中都创建了一个变量的副本(定义记住一句就好了)，不同线程拥有的副本互不影响。

使用场景

①、在进行对象跨层传递的时候，可以避免多次传递，打破层次间的约束；
②、线程间数据隔离；
③、进行事务操作，用于存储线程事务信息；
④、数据库连接，Session会话管理。

2.2 用法

既然ThreadLocal的作用是每一个线程创建一个副本，我们使用一个例子来验证一下：

 public class Demo {
 
     private static ThreadLocal<Integer> var = new ThreadLocal<>();  //构造函数

    public static void main(String[] args) {

        Thread t1 = new Thread(()->{
            var.set(20);   // 开发者调用set()方法
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：设置var值为20");
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：获取var值为" + var.get());   // 开发者调用get()方法
               try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
           }
        }, "Thread1");

        Thread t2 = new Thread(()->{
            var.set(15);  //  开发者调用set()方法
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：获取var值为" + var.get());  // // 开发者调用get()方法
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "Thread2");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

这里开发者调用具体构造函数、set()、get() 是ThreadLocal的主干方法，下面的分析的

创建两个线程，线程t1设置var值为20，线程t2设置var值为15，分别输出var值，运行结果如下：

根据结果可以看出，不同线程保存的变量副本是互不影响的。

三、源码分析

定位到ThreadLocal类，

3.1 主干方法,给开发者使用：set()方法

3.1.1 set()方法解读

  public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();    // 当前线程
        ThreadLocalMap map = getMap(t);     // 获取Map
        if (map != null)      // map不为空，直接设置值
            map.set(this, value);
        else                  // map为空，创建map
            createMap(t, value);
    }

代码很简单

①、获取当前线程，并获取当前线程的ThreadLocalMap实例（从getMap(Thread t)中很容易看出来）。
②、如果获取到的map实例不为空，调用map.set()方法，否则调用createMap(t, value)实例化map。

3.1.2 继续深入set(ThreadLocal key, Object value)

我们来看下map.set(this, value)方法的具体实现：

  private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {

            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
             // 计算key的索引值 
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
            // 根据获取到的索引进行循环，如果当前索引上的table[i]不为空，在没有return的情况下，就使用nextIndex()获取下一个（线性探测法）
            // 下一个不为null,且没有return,继续下一个，知道e==null跳出循环
            for (Entry e = tab[i];
                 e != null;
                 e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();  // 确定当前的k，下面两个if判断

  // table[i]上key不为空，并且和方法参数key相同，就找到了，更新value，结束函数
                if (k == key) {
                    e.value = value;
                    return;
                }
   // table[i]上的key为空，说明被回收了（弱引用）。
         // 这个时候说明该table[i]可以重新使用，用新的key-value将其替换,并删除其他无效的entry
                if (k == null) {
                    replaceStaleEntry(key, value, i);   //分支方法里面详细解释
                    return;
                }
            }
 // e==null,跳出循环，线性探测结束
 // 找到为空的插入位置，插入值，在为空的位置插入需要对size进行加1操作
            tab[i] = new Entry(key, value);  // 方法参数中的key,value新建Entry,放到i
            int sz = ++size;  
             // cleanSomeSlots用于清除那些e.get()==null，也就是table[index] != null && table[index].get()==null
                // 这种数据key关联的对象已经被回收，所以这个Entry(table[index])可以被置null。
  // 如果没有清除任何entry,并且当前使用量达到了负载因子所定义(长度的2/3)，那么进行rehash()
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                rehash();
        }

在插入过程中，根据 ThreadLocal 对象的索引值，定位到 table 中的位置 i，过程如下：

①、如果当前索引上的table[i]为空（金手指： e==null，跳出循环），那么正好，就初始化一个 Entry 对象放在位置 i 上；

②、金手指：循环内的两个if判断：不巧，位置 i 已经有 Entry 对象了，如果这个 Entry 对象的 key 正好是即将设置的 key，则更新 Entry 中的 value值。如果Entry对象的key为null，则说明该table[i]可以重新使用，用新的key-value将其替换,并删除其他无效的entry；

③、金手指：不断next循环：很不巧，位置 i 的 Entry 对象，和即将设置的 key 没关系，那么只能找下一个空位置；

3.1.3 继续深入，threadLocalHashCode变量

private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();

private static int nextHashCode() {
    return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}

每个 ThreadLocal 对象都有一个 hash 值 threadLocalHashCode，每初始化一个 ThreadLocal对象，hash 值就增加一个固定的大小 0x61c88647。关于这个值和斐波那契散列有关，其原理这里不再深究，感兴趣可自行搜索，其主要目的就是为了让哈希码能均匀的分布在2的n次方的数组里, 也就是Entry[] table中。

ThreadLocalMap使用线性探测法来解决哈希冲突，线性探测法的地址增量di = 1, 2, … , m-1，其中，i为探测次数。该方法一次探测一个地址，直到有空的地址后插入，若整个空间都找不到空余的地址，则产生溢出。

假设当前table长度为16，也就是说如果计算出来key的hash值为14，如果table[14]上已经有值，并且其key与当前key不一致，那么就发生了hash冲突，这个时候将14加1得到15，取table[15]进行判断，这个时候如果还是冲突会回到0，取table[0],以此类推，直到可以插入。

按照上面的描述，可以把table看成一个环形数组。

先看一下线性探测相关的代码，从中也可以看出来table实际是一个环：

private static int nextIndex(int i, int len) {
    return ((i + 1 < len) ? i + 1 : 0);
}

return ((i < len - 1) ? i + 1 : 0); // 如果当前i不是最后一个，返回i+1,表示下一个，值最后一个（就是i==len-1，最后一个），返回0，第一个，所以是环状

可以发现，set()方法如果冲突严重的话，效率会很低。

3.2 主干方法,给开发者使用：get()

3.2.1 源码解析：get()

  public T get() {
    // 跟set方法类似，获取对应线程中的ThreadLocalMap实例
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);   // 根据线程得到ThreadLocalMap实例 good 
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);  // 根据ThreadLocalMap实例得到ThreadLocalMap.Entry
            if (e != null) {  // 获得的Entry不为null,返回value（即 ThreadLocalMap.Entry）
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;    
                return result;
            }
        }
         // 为空返回初始化值
        return setInitialValue();
    }

代码也很简单

①、获取当前线程，并获取当前线程的ThreadLocalMap实例（从getMap(Thread t)中很容易看出来）。

②、如果获取到的map实例不为空，调用map.getEntry(this)获取Entry对象，否则调用setInitialValue()实例化map。

3.2.2 继续深入getEntry()方法

  private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
            // 根据key计算索引，获取entry
            int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
            Entry e = table[i];    // 根据索引i得到entry
            if (e != null && e.get() == key)   // 这里两个条件要同时满足
                return e;   //返回entry
            else    // 三种情况 e==null || e.get()!=key
              // 因为用的是线性探测，所以往后找还是有可能能够找到目标Entry的
                return getEntryAfterMiss(key, i, e);   // 将方法参数中key传递过来，key得到的i传递过来，i对应的e传递过来，总结，就是key i entry 
        }

3.2.3 继续深入，getEntryAfterMiss()方法

  /**
   * 通过计算出来的key找不到对应的value时使用这个方法，结束getEntryAfterMiss()方法两种方式，不断后面找，直到找到或者都找不到e==null,返回null
  */
  private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;

            while (e != null) {    // 方法参数的e不为null，表示是通过e.get()!=key进来的
                ThreadLocal<?> k = e.get();   // e.get() 得到对应的k  
                if (k == key)   
                    return e;    //  找到了，直接返回（第一个e不会走这一条路，后面 n-1 个才可能走这一条路）
                if (k == null)
                  // 如果当前e中的k为null，清除无效的entry   
                    expungeStaleEntry(i);   // 传入索引，清除指定的entry
                else
                  // 基于线性探测法向后扫描,找到下一个i，上面说了，是环状
                    i = nextIndex(i, len);    
                e = tab[i];   // 更新i后更新e
            }
            return null;   //如果是因为e==null进来的，这个方法也无法处理，只能返回null
        }

3.3 主干方法,给开发者使用：remove()

   public void remove() {
   // 根据线程得到ThreadLocalMap，这是可以理解的，因为一个线程对应一个ThreadLocal，而一个ThreadLocal对应一个ThreadLocalMap
         ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
         if (m != null)
             m.remove(this);  // 然后根据ThreadLocalMap.remove(),将this传入
     }

 private void remove(ThreadLocal<?> key) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
             // 计算索引
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
             // 进行线性探测，查找正确的key
            for (Entry e = tab[i];
                 e != null;
                 e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
                if (e.get() == key) {  // 找到了
                    // 调用weakrefrence的clear()清除引用
                    e.clear();
                     // 连续段清除
                    expungeStaleEntry(i);
                    return;
                }
            }
        }

    public void clear() {
        this.referent = null;   // 代码层面的清空就是设置为null,设置为null后，后面Java内存回收一定会处理的
    }

remove()在有上面了解后可以说极为简单了，就是找到对应的table[],调用weakrefrence的clear()清除引用，然后再调用expungeStaleEntry()进行清除。

3.4 分支方法，辅助三个主干方法set() get() remove()

3.4.1 ThreadLocalMap 是何时初始化的（在3.1set() 3.2get()中使用）

①、第一次调用set()方法时，如果ThreadLocalMap为null，则会调用createMap(t, value) 方法对ThreadLocalMap进行初始化。

金手指：第一次调用set()方法时，如果ThreadLocalMap为null，则会调用createMap(t, value) 方法对ThreadLocalMap进行初始化

 void createMap(Thread t, T firstValue) {
     t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
 }
 
 // 1、新建INITIAL_CAPACITY大小的Entry数组为table
 // 2、在里面插入firstKey, firstValue
 // 3、设置扩容阈值为初始容量的三分之二
 ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
     // 初始化一个大小 16 的 Entry 数组
     // 表的大小始终为 2 的幂次
    table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
    // 计算 key 的 的 hash 
    int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
    table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
    size = 1;
    // 设定扩容阈值
    setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}

private void setThreshold(int len) {
    threshold = len * 2 / 3;   // 阈值为三分之二
}

关于& (INITIAL_CAPACITY - 1),这是取模的一种方式，对2的幂作为模数取模，用此代替%(2^n)，这也就是为啥Entry的容量必须为2的幂。

②、调用get()方法时，如果ThreadLocalMap为null，则会调用setInitialValue() 方法对ThreadLocalMap进行初始化，最终其实也是调用了createMap(t, value) 方法。

调用get()方法时，如果ThreadLocalMap为null，则会调用setInitialValue() 方法对ThreadLocalMap进行初始化，最终其实也是调用了createMap(t, value) 方法

private T setInitialValue() {
    // 获取初始化值，默认为null(如果没有子类进行覆盖)
    T value = initialValue();
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    // 不为空不用再初始化，直接调用set操作设值
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        // 第一次初始化，createMap在上面有介绍过
        createMap(t, value);    // createMap(t,null); good  
    return value;
}

protected T initialValue() {
    return null;
}

3.4.2 replaceStaleEntry 替换无效Entry(唯一使用：在3.1set()方法中使用)

replaceStaleEntry 替换无效Entry(唯一使用：在3.1set()方法中使用)

 private void replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value,int staleSlot) {
 //  key和value是要设置的新值
// staleSlot 表示不新鲜的位置，该位置k==null，要替换swap 掉这个元素
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            Entry e;
     /**
     * 根据传入的无效entry的位置（staleSlot）,向前扫描
     * 一段连续的entry(这里的连续是指一段相邻的entry并且table[i] != null),
     * 直到找到一个无效entry（k==null），或者扫描完也没找到
     */
            int slotToExpunge = staleSlot;   //  之后用于清理的起点，传递过来的参数确定   slotToExpunge  要删除的位置 
            for (int i = prevIndex(staleSlot, len);
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = prevIndex(i, len))
                if (e.get() == null)   // 找一个无效entry  e.get==null
                    slotToExpunge = i;   //不断向前移动，更新slotToExpunge  

            
    /**
      * 向后扫描一段连续的entry
      */
            for (int i = nextIndex(staleSlot, len);
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = nextIndex(i, len)) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();

                 /**
         * 如果找到了key，将其与传入的无效entry替换，也就是与table[staleSlot]进行替换
         */
                if (k == key) {   //找到了  
                    e.value = value;   //因为找到了，所以设置value，参数中的value(要设置的value)赋值给tab[i].value，这里设置e.value,下面要  tab[staleSlot] = e;

                    tab[i] = tab[staleSlot];   //无效的赋值给tab[i]
                    tab[staleSlot] = e;    //当前的赋值给无效的

                    // 小结向前扫描结果 
                    // slotToExpunge 如果向前查找没有找到无效entry，则更新slotToExpunge为当前值i
                    if (slotToExpunge == staleSlot) //向前没找到
                        slotToExpunge = i;
                        
                    // return之前要清空，所以调用cleanSomeSlots()方法
                    cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
                    return;  // 这里是因为k==key 找到而结束
                }

               /**  
         * 如果向前查找没有找到无效entry，并且当前向后扫描的entry无效，则更新slotToExpunge为当前值i
         */
                if (k == null && slotToExpunge == staleSlot)
                    slotToExpunge = i;   // 向前扫描和向后扫描都没有成果
            }

            /**  跳出了前进后退的循环，就是前面和后面都是e==null  e=null 
    * 如果没有找到key(向后扫描找到key就return了),也就是说key之前不存在table中
     * 就直接最开始的无效entry——tab[staleSlot]上直接新增即可
     */
            tab[staleSlot].value = null;
            tab[staleSlot] = new Entry(key, value);

            /**
     * slotToExpunge != staleSlot,说明存在其他的无效entry需要进行清理 good
     * 小结向前扫描结果 slotToExpunge 
     */
     //函数结束之前要清空，所以调用cleanSomeSlots()方法
            if (slotToExpunge != staleSlot)
                cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);  //清理
        }

3.4.3 cleanSomeSlots 启发式地清理slot(唯三调用：replaceStaleEntry()两次和set()一次)

/**
  * 启发式的扫描清除，扫描次数由传入的参数n决定
  *
  * @param i 从i向后开始扫描（不包括i，因为索引为i的Slot肯定为null）
  * @param n 控制扫描次数，正常情况下为 log2(n) ，
  *          如果找到了无效entry，会将n重置为table的长度len,进行段清除。
  *          map.set()调用的时候传入的是元素个数，replaceStaleEntry()调用的时候传入的是table的长度len
  */
  private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {
            boolean removed = false;
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            do {
                i = nextIndex(i, len);  // 从i得到下一个i
                Entry e = tab[i];   // 从i得到e   Entry e = tab[nextIndex(i, len)];
                if (e != null && e.get() == null) {   // e不为null key为null 就知道了无效entry 注意，无效entry的判断依据是key==null
                   // 重置n为len
                    n = len;
                    removed = true;
                    // 依然调用expungeStaleEntry来进行无效entry的清除
                    i = expungeStaleEntry(i);   // expungeStaleEntry方法返回一个让e==null对应的i
                }
            } while ( (n >>>= 1) != 0);   // 无符号的右移动，可以用于控制扫描次数在log2(n)
            return removed;   //true 删除了  false 未删除
        }

正常情况下如果 log n 次扫描没有发现无效 slot，函数就结束了，返回false。但是如果发现了无效的 slot，将 n 置为 table 的长度 len，做一次连续段的清理，再从下一个空的 slot 开始继续扫描。

金手指：如果发现了无效的 slot，将 n 置为 table 的长度 len，做一次连续段的清理，再从下一个空的 slot 开始继续扫描。

这个函数有两处地方会被调用，一处是map.set()会被调用，另外个是在替换无效slot时replaceStaleEntry()会被调用，区别是前者传入的 n 为元素个数，后者为 table 的容量。

3.4.4 expungeStaleEntry 连续段清除(多个方法中调用：cleanSomeSlots expungeStaleEntries getEntryAfterMiss remove replaceStaleEntry)

expungeStaleEntry
expunge 清除，staleEntry 无效entry

expungeStaleEntry 连续段清除，这个方法有什么用？

/**
 * 连续段清除
 * 1、根据传入的staleSlot,清理对应的无效entry——table[staleSlot],
 * 2、并且根据当前传入的staleSlot,向后扫描一段连续的entry(这里的连续是指一段相邻的entry并且table[i] != null),
 * 3、对可能存在hash冲突的entry进行rehash，并且清理遇到的无效entry.
 *
 * @param staleSlot key为null,需要无效entry所在的table中的索引
 * @return 返回下一个为空的solt的索引。
 */
private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;

    // 1、清理staleSlot指定的无效entry，置空，交给GC处理 
    tab[staleSlot].value = null;  
    tab[staleSlot] = null;
    // 1、同时，size减1，置空后table的被使用量减1
    size--;

    // Rehash until we encounter null  // 不断rehash直到遇到null
    Entry e;
    int i;
    /**
     * 从staleSlot开始向后扫描一段连续的entry,这就是连续的含义
     */
    for (i = nextIndex(staleSlot, len);   // 第一次使用staleSlot得到下一个i
         (e = tab[i]) != null;    // e!=null  就不会跳出循环
         i = nextIndex(i, len)) {   // n-1次都是使用i得到下一个i
        ThreadLocal<?> k = e.get();  // 第一个k
        // 如果遇到key为null,表示无效entry，置空，交给GC处理
        if (k == null) {  //判断无效entry的条件是entry中k==null
            e.value = null;
            tab[i] = null;
            size--;
        } else {  
            // 如果key不为null,计算索引
            int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
            /**
             * 计算出来的索引h，与其现在所在位置的索引i不一致，置空当前的table[i]
             * 从h开始向后线性探测到第一个空的slot，把当前的entry挪过去
             */
            if (h != i) {
                tab[i] = null;   // 

                while (tab[h] != null)
                    h = nextIndex(h, len);
                tab[h] = e;
            }
        }
    }
    // 跳出循环是e==null,返回e对象的i,expungeStaleEntry方法返回一个让e==null对应的i
    return i;
}

从 staleSlot 开始遍历，将无效 key（弱引用指向对象被回收）清理，即对应 entry 中的 value置为 null，将指向这个 entry 的 table[i]置为 null，直到扫到空 entry（e==null）。

另外，在过程中还会对非空的 entry 作 rehash。
可以说这个函数的作用就是从 staleSlot 开始清理连续段中的 slot（断开强引用，rehash slot等）

3.4.5 rehash(唯一调用set())

总步骤：先进行全量清理，如果清理后现有元素个数超过负载，那么进行扩容。

private void rehash() {
    // 进行一次全量清理
    expungeStaleEntries();

    /**
     * threshold = 2/3 * len
     * 所以threshold - threshold / 4 = 1en/2
     * 这里主要是因为上面做了一次全清理所以size减小，需要进行判断。
     * 判断的时候把阈值调低了
     */
    if (size >= threshold - threshold / 4)   //如果size >= 1en/2
        resize();  //扩容
}

全量清理expungeStaleEntries()

expunge是清理、stale是无效的、不新鲜的，entries是entry

/**
 * 全清理，清理所有无效entry
 */
private void expungeStaleEntries() {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    for (int j = 0; j < len; j++) {
        Entry e = tab[j];   // tab是Entry数组，所以每一个tab是一个entry对象 
        if (e != null && e.get() == null)   // entry不为null  key为null 
            // 使用连续段清理
            expungeStaleEntry(j);   // 清理指定下标j的entry
    }
}

金手指：expungeStaleEntries()和expungeStaleEntry()是两个不同的方法
expungeStaleEntries()是一个循环调用，expungeStaleEntry()才是真正干事的

扩容(扩容建立新数组、打乱值、设置新阈值和新size,和hashmap的扩容如出一辙)

1、扩容：因为需要保证 table 的容量 len 为 2 的幂，所以扩容即扩大 2 倍 2、打乱值：oldTab
中的值，要计算下标h放到newTab中去 3、设置新阈值和新size：最后一步

/**
 * 扩容，扩大为原来的2倍（这样保证了长度为2的幂）
 */
private void resize() {
    Entry[] oldTab = table;   // oldTable是有值的
    int oldLen = oldTab.length;
    int newLen = oldLen * 2;   // 两倍
    Entry[] newTab = new Entry[newLen];   // 但是现在newTab还是空的
    int count = 0;

    for (int j = 0; j < oldLen; ++j) { 
        Entry e = oldTab[j];   // 每一个oldTab中的值
        if (e != null) {
            ThreadLocal<?> k = e.get();   //entry中k就是ThreadLocal类型 
            // 虽然做过一次清理expungeStaleEntries()方法，但在扩容的时候可能会又存在key==null的情况
            if (k == null) {   
                // 这里试试将e.value设置为null
                e.value = null; // Help the GC  交给GC处理
            } else {
                // 同样使用线性探测来设置值
                int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
                while (newTab[h] != null)
                    h = nextIndex(h, newLen);
                newTab[h] = e;  //  newTab[h] == null，设置
                count++;  // 每设置一个newTab，count++ 
            }
        }
    }
    // 设置新的阈值
    setThreshold(newLen);   // 传入newLen，设置新阈值为2/3 len
    size = count;      // count设置类变量size
    table = newTab;   // newTab有值了，放到类变量table里面
}

3.4.6 为什么 ThreadLocalMap 的 Key 是弱引用

ThreadLocalMap内部元素是Entry，Entry继承
static class Entry extends WeakReference>
而且，Entry 的 key 永远都是 ThreadLocal 对象

如果是强引用，ThreadLocal 将无法被释放内存。

因为如果这里使用普通的 key-value 形式来定义存储结构，实质上就会造成节点的生命周期与线程强绑定，只要线程没有销毁，那么节点在 GC 分析中一直处于可达状态，没办法被回收，而程序本身也无法判断是否可以清理节点。

弱引用是 Java 中四档引用的第三档，比软引用更加弱一些，如果一个对象没有强引用链可达，那么一般活不过下一次 GC。当某个ThreadLocal 已经没有强引用可达，则随着它被垃圾回收，在 ThreadLocalMap 里对应的 Entry的键值会失效，这为 ThreadLocalMap 本身的垃圾清理提供了便利。

金手指：ThreadLocal内部类是ThreadLocalMap,ThreadLocalMap内部类是Entry

1、使用强引用，就会造成节点的生命周期与线程强绑定，只要线程没有销毁，那么节点在 GC 分析中一直处于可达状态
2、使用弱引用，活不过下一次 GC。

3.4.7 ThreadLocalMap原理

public class ThreadLocal<T> {
    static class ThreadLocalMap {
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

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

ThreadLocalMap是一个类似 HashMap 的数据结构，但是并没实现 Map 接口。内部初始化了一个大小为16 的 Entry 数组，Entry 对象用来保存每一个 key-value 键值对，只不过这里的 key 永远都是 ThreadLocal 对象（金手指：Entry(ThreadLocal k, Object v) ）。

当调用 ThreadLocal 对象的 set() 方法时，会把 ThreadLocal 对象自己当做 key（金手指：因为这个Entry的key一定是ThreadLocal类型），当前线程对应的变量作为值（金手指：即具体的值，如 20 或 15），存放进 ThreadLoalMap 中。

  public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
        // 会把 ThreadLocal 对象自己当做 key
        // 当前线程对应的变量（即具体的ThreadLocal变量，比如15或者20）作为值
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

金手指：ThreadLoalMap 的 Entry 是继承 WeakReference，和 HashMap
中的Entry很大的不同是，ThreadLoalMap 的Entry 中没有next 字段，所以就不存在链表的情况了。

3.4.8 内存泄漏问题

上图中我们可以看到，Entry对象的key是弱引用，当ThreadLocal被垃圾回收时，由于ThreadLocalMap是与线程绑定的，也即对应的Entry不会被回收，这时就会出现一个现象：ThreadLocalMap的key没了，但是value还存在，久而久之就会导致内存泄漏（金手指：key是弱引用，但是value是具体指，ThreadLocalMap与线程绑定，Entry不会消失）。

既然存在内存泄露的隐患，自然有应对的策略，在上面的源码分析中，我们可以看到，在调用 ThreadLocal 的 get()、set()方法时都有清除 ThreadLocalMap 中 key 为 null 的 Entry 对象的操作，

 private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
           ...
            for (Entry e = tab[i];
              ...
                if (k == null) {
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    return;
                }
            }
           ...
        }

这样对应的 value 就没有 GC Roots可达了，下次 GC 的时候就可以被回收。但get()，set()方法也有清理不完全的情况，所以使用完 ThreadLocal 之后，需要调用 remove() 方法进行清理。

JDK 建议将 ThreadLocal 变量定义成 private static 的，这样的话 ThreadLocal 的生命周期就更长，由于一直存在 ThreadLocal 的强引用，所以 ThreadLocal 也就不会被回收，也就能保证任何时候都能根据 ThreadLocal 的弱引用访问到 Entry 的 value 值。

小结：
优先级：
强引用>oom>软引用>弱引用
金手指：key是弱引用，但是value是具体指，ThreadLocalMap与线程绑定，Entry不会消失，所以，对于key==null，要将entry设置为null，这样一次GC既可以回收了

四、面试金手指

①、一个线程一个ThreadLocalMap：每个Thread维护着一个ThreadLocalMap的引用，变量副本存储在线程自己的ThreadLocalMap中；

②、ThreadLocalMap结构：ThreadLocalMap是ThreadLocal的内部类，用Entry来存储key-value，键值为ThreadLocal对象，value为线程变量；

③、ThreadLocal仅仅作为key：ThreadLocal本身并不存储值，它只是作为一个key来让线程从ThreadLocalMap获取value。

五、小结