目录
1. ThreadLocal是什么？
2. ThreadLocal怎么用？
3. ThreadLocal源码分析
3.1set方法
3.2get()方法
3.3remove()方法
4.为什么key使用弱引用？
5.ThreadLocalMap 和 HashMap 区别
6.ThreadLocal变量不具有传递性
7.InheritableThreadLocal使用示例
我们都知道，在多线程环境下访问同一个共享变量，可能会出现线程安全的问题，为了保证线程安全，我们往往会在访问这个共享变量的时候加锁，以达到同步的效果，如下图所示。
对共享变量加锁虽然能够保证线程的安全，但是却增加了开发人员对锁的使用技能，如果锁使用不当，则会导致死锁的问题。而ThreadLocal能够做到在创建变量后，每个线程对变量访问时访问的是线程自己的本地变量。
1. ThreadLocal是什么？
从名字我们就可以看到 ThreadLocal 叫做本地线程变量，意思是说，ThreadLocal 中填充的的是当前线程的变量，该变量对其他线程而言是封闭且隔离的，ThreadLocal 为变量在每个线程中创建了一个副本，这样每个线程都可以访问自己内部的副本变量。
2. ThreadLocal怎么用？
public class ThreadLocalDemo {
private static final ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();
public static void main(String[] args){
//创建第一个线程
Thread threadA = new Thread(()->{
threadLocal.set("ThreadA：" + Thread.currentThread().getName());
System.out.println("线程A本地变量中的值为：" + threadLocal.get());
threadLocal.remove();
System.out.println("线程A删除本地变量后ThreadLocal中的值为：" + threadLocal.get());
});
//创建第二个线程
Thread threadB = new Thread(()->{
threadLocal.set("ThreadB：" + Thread.currentThread().getName());
System.out.println("线程B本地变量中的值为：" + threadLocal.get());
System.out.println("线程B没有删除本地变量：" + threadLocal.get());
});
//启动线程A和线程B
threadA.start();
threadB.start();
}
}
ThreadLocal通常被声明为private static：
- 私有性（Private）：使用private修饰符可以确保ThreadLocal实例不会被外部类访问，从而防止了其值被意外修改，增强了封装性。当然是否使用private修饰是一个普遍的问题而不是与ThreadLocal有关的一个具体问题。
- 静态性（Static）：ThreadLocal通常会被声明为static，这样做的好处是可以避免重复创建与线程相关的变量（Thread Specific Object，TSO）。如果ThreadLocal被声明为某个类的实例变量（而不是静态变量），那么每创建一个该类的实例就会导致一个新的TSO实例被创建。这样，同一个线程可能会访问到同一个TSO（指类）的不同实例，这即便不会导致错误，也会导致浪费（重复创建等同的对象）
3. ThreadLocal源码分析
首先，我们看下Thread类的源码，如下所示：
由Thread类的源码可以看出，在ThreadLocal类中存在成员变量threadLocals和inheritableThreadLocals，这两个成员变量都是ThreadLocalMap类型的变量，而且二者的初始值都为null。只有当前线程第一次调用ThreadLocal的set()方法或者get()方法时才会实例化变量。
这里需要注意的是：每个线程的本地变量不是存放在ThreadLocal实例里面的，而是存放在调用线程的threadLocals变量里面的。也就是说，调用ThreadLocal的set()方法存储的本地变量是存放在具体线程的内存空间中的，而ThreadLocal类只是提供了set()和get()方法来存储和读取本地变量的值，当调用ThreadLocal类的set()方法时，把要存储的值放入调用线程的threadLocals中存储起来，当调用ThreadLocal类的get()方法时，从当前线程的threadLocals变量中将存储的值取出来。
接下来，我们分析下ThreadLocal类的set()、get()和remove()方法的实现逻辑。
3.1set方法
public void set(T value) {
//获取当前线程
Thread t = Thread.currentThread();
//以当前线程为Key，获取ThreadLocalMap对象
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//获取的ThreadLocalMap对象不为空
if (map != null)
//设置value的值
map.set(this, value);
else
//获取的ThreadLocalMap对象为空，创建Thread类中的threadLocals变量
createMap(t, value);
}如果调用getMap(t)方法返回的对象为空，则程序调用createMap(t, value)方法来实例化Thread类的threadLocals成员变量。
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}也就是创建当前线程的threadLocals变量。
我们再仔细看看 ThreadLocalMap 的 set() 方法：
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();
}第一种情况： 通过hash计算后的槽位对应的Entry数据为空，直接将数据放到该槽位
第二种情况： 槽位数据不为空，key值与当前ThreadLocal通过hash计算获取的key值一致，直接更新该槽位的数据
第三种情况： 槽位数据不为空，往后遍历过程中，在找到Entry为null的槽位之前，没有遇到key过期的Entry
遍历散列数组，线性往后查找，如果找到Entry为null的槽位，则将数据放入该槽位中，或者往后遍历过程中，遇到了key 值相等的数据，直接更新即可。
第四种情况： 槽位数据不为空，往后遍历过程中，在找到Entry为null的槽位之前，遇到key过期的Entry，如下图，往后遍历过程中，遇到了index=7的槽位数据Entry的key=null
散列数组下标为 7 位置对应的Entry数据key为null，表明此数据key值已经被垃圾回收掉了，此时就会执行replaceStaleEntry()方法，该方法含义是替换过期数据的逻辑，以index=7位起点开始遍历，进行探测式数据清理工作。
3.2get()方法
public T get() {
//获取当前线程
Thread t = Thread.currentThread();
//获取当前线程的threadLocals成员变量
ThreadLocalMap map = getMap(t);
//获取的threadLocals变量不为空
if (map != null) {
//返回本地变量对应的值
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
//初始化threadLocals成员变量的值
return setInitialValue();
}通过当前线程来获取threadLocals成员变量，如果threadLocals成员变量不为空，则直接返回当前线程绑定的本地变量，否则调用setInitialValue()方法初始化threadLocals成员变量的值。
private T setInitialValue() {
//调用初始化Value的方法
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
//根据当前线程获取threadLocals成员变量
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
//threadLocals不为空，则设置value值
map.set(this, value);
else
//threadLocals为空,创建threadLocals变量
createMap(t, value);
return value;
}其中，initialValue()方法的源码如下所示
protected T initialValue() {
return null;
}通过initialValue()方法的源码可以看出，这个方法可以由子类覆写，在ThreadLocal类中，这个方法直接返回null。
3.3remove()方法
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null) {
m.remove(this);
}
}可以看到，在remove()方法中，首先根据当前线程获取ThreadLocalMap类型的m对象，不为空，则直接调用m对象的有参remove()方法移除value的值。
我们继续往里面看
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.refersTo(key)) {
e.clear();
expungeStaleEntry(i);
return;
}
}
}可以看到，在有参remove()方法中，会通过threadLocalHashCode计算出Entry对象在Entry数组中的位置，并获取出对应的Entry对象，如果Entry对象不为空，并且Entry对象中的Key等于传入的ThreadLocal对象，则清除对应的Key，并且调用expungeStaleEntry()方法。
接下来，我们再分析下expungeStaleEntry()方法
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，在expungeStaleEntry()方法中，会将ThreadLocal为null对应的value设置为null，同时会把对应的Entry对象也设置为null，并且会将所有ThreadLocal对应的value为null的Entry对象设置为null，这样就去除了强引用，便于后续的GC进行自动垃圾回收，也就避免了内存泄露的问题。
注意：在ThreadLocal中，不仅仅是remove()方法会调用expungeStaleEntry()方法，在set()方法和get()方法中也可能会调用expungeStaleEntry()方法来清理数据。
ThreadLocal虽然提供了避免内存泄露的方法，但是ThreadLocal不会主动去执行这些方法，需要我们在使用完ThreadLocal对象中保存的数据后，在finally{}代码块中调用ThreadLocal的remove()方法，加快GC自动垃圾回收，避免内存泄露。
4.为什么key使用弱引用？
如果使用强引用，当ThreadLocal 对象的引用（强引用）被回收了，ThreadLocalMap本身依然还持有ThreadLocal的强引用，如果没有手动删除这个key ，则ThreadLocal不会被回收，所以只要当前线程不消亡，ThreadLocalMap引用的那些对象就不会被回收， 可以认为这导致Entry内存泄漏。
如果使用弱引用，那指向ThreadLocal对象的引用就两个：ThreadLocalRef强引用和ThreadLocalMap中Entry的弱引用。一旦ThreadLocalRef强引用被回收，则指向ThreadLocal的就只有弱引用了，在下次gc的时候，这个ThreadLocal对象就会被回收。而这个弱引用Key也将置为null。
此时，我们可以看到，Entry对象中的Key，也就是ThreadLocal对象可以被GC自动回收，但是对应的value还在被引用，并且value是强引用，所以，value是不能被GC自动回收的，这种情况下就会存在内存泄露的风险。
使用了线程池，可以达到“线程复用”的效果。但是归还线程之前记得清除ThreadLocalMap，要不然再取出该线程的时候，ThreadLocal变量还会存在。这就不仅仅是内存泄露的问题了，整个业务逻辑都可能会出错。
5.ThreadLocalMap 和 HashMap 区别
ThreadLocalMap 和HashMap的功能类似，但是实现上却有很大的不同：
- HashMap 的数据结构是数组+链表，HashMap 是通过链地址法解决hash 冲突的问题，HashMap 里面的Entry 内部类的引用都是强引用。
- ThreadLocalMap的数据结构仅仅是数组，ThreadLocalMap 是通过开放定址法——线性探测来解决hash 冲突的问题，ThreadLocalMap里面的Entry 内部类中的key 是弱引用，value 是强引用。
如上图所示，如果我们插入一个value=27的数据，通过 hash 计算后应该落入槽位 4 中，而槽位 4 已经有了 Entry 数据。此时就会线性向后查找，一直找到 Entry 为 null 的槽位才会停止查找，将当前元素放入此槽位中。
6.ThreadLocal变量不具有传递性
使用ThreadLocal存储本地变量不具有传递性，也就是说，同一个ThreadLocal在父线程中设置值后，在子线程中是无法获取到这个值的，这个现象说明ThreadLocal中存储的本地变量不具有传递性。
代码示例：
那有没有办法在子线程中获取到主线程设置的值呢？此时，我们可以使用InheritableThreadLocal来解决这个问题。
7.InheritableThreadLocal使用示例
InheritableThreadLocal类继承自ThreadLocal类，它能够让子线程访问到在父线程中设置的本地变量的值
