ThreadLocal 如何实现线程间隔离，为什么ThreadLocal经常容易出现内存溢出。带着这两个问题，在源码中找寻答案。
先从设置值开始，看ThreadLocal.set()如何实现的值保存。
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
//获取线程私有属性 threadLocals
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
map.set(this, value);
} else {
createMap(t, value);
}
}
- threadLocals: 线程Thread 对象内部属性，这个属性默认就是null，现在看来就是由ThreadLocal.set 进行初始化的了。
先不用管ThreadLocalMap如何实现，只有把他当作当成类型Map这类容器。一开始没有想明白线程使用变量不是一个Object，而是一个容器。set 值时为什么不直接ThreadLocal set val 直接给Thread.threadLocals 而是将一个容器赋值。转念一想一个Thread + 一个ThreadLocal 只能保存一个val，但是一个Thread 可以对应多个ThreadLocal，一个线程对象属性可能被多个ThreadLocal共同持有，差点被一个Thread、一个ThreadLocal 限制了思路。
先看下createMap如何初始化的，value如何保存起来。
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
-
ThreadLocalMap: ThreadLocal 一个内部类，名字看起来像Map实现类，其实本质并没有和Map有任何关系，也没有实现Map接口。内部使用Entry(类似Map key-value 对象) 数组存储数据，使用Hash 算法计算下标。如果出现hash 冲突如何解决呢，这个低配Entry 并没有链表或者红黑树这样黑科技。
static class ThreadLocalMap {
/**
* 使用弱引用包装ThreadLocal 作为map Key
* 在某些情况下key会被回收掉
*/
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
//使用hashCode 计算下标
//这里使用hashCode 跟我们普通对象不一样，通过自增长计算出来
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
size = 1;
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}
-
WeakReference: 弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。
因此一旦出现gc ThreadLocalMap的key 就会被回收掉，从而导致ThreadLocal 设置value不能被删除，对象积压过多导致内存溢出。现在第二个问题得到答案了因为map key 会被gc 释放，从而导致value不能被删除，所以使用完成后必须手动释放掉val。
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
// 循环里面处理hash冲突情况
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == key) { //相等直接覆盖
e.value = value;
return;
}
if (k == null) { // key 已经被gc
//这个i 不会变，只能向后找一位
//这里会继续向后找，直到找到符合条件位置，并且将key被gc value 也回收掉，
//这个只有在一定条件下才生效
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
// 当hash 冲突时，会一直向后找，直到有空位置
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
//在位置i 后面搜寻是否有key 回收情况，则删除数组位置，返回true
// 当有删除，不需要判断扩容情况了，一个新增对应删除，容量都没有增加
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash(); //扩容数组
}
在出现hash冲突时，只是将下标向后移动，找到空闲的位置。正如set 方法注释上写，set 并不支持快速set、冲突了通过向后遍历数组找到空位置。
ThreadLocalMap 居然还有检测key 为空机制，并且删除数组中位置。这个机制要一定情况才能触发，首先被回收key必须在新增key 后面位置才能被发现。
看下ThreadLocal.get如何取值
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
// 调用get 并不会初始化threadLocals
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;
}
}
//没有取到值，会返回null
return setInitialValue();
}
看下ThreadLocalMap内部如何将值返回的吧
private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
Entry e = table[i];
//通过计算下标就找到
if (e != null && e.get() == key)
return e;
else
return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}
//向后查找符合要去key
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
while (e != null) { //遇到null 就停下来
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == key)
return e;
if (k == null)
// k 已经被gc 了
//在数组中删除这个位置，这样可以帮助value 回收了
expungeStaleEntry(i);
else
i = nextIndex(i, len);
e = tab[i];
}
return null;
}
这里get 也不是一次性找到，会通过向后遍历匹配出来，这个以HashMap 相比差距挺大的。插入、查找效率都在N之间。
开头两个疑惑，现在都得到解决了。
不知道大家是否和我好奇ThreadLocalMap 的弱引用在使用时为什么不会被gc掉，导致传值进去而不能获取返回值呢，为什么要使用弱引用来包装Key，如何权衡利弊的。
做一个小例子
public void print(){
WeakReference<Object> reference = getReference();
System.gc();
Object o = reference.get();
System.out.println(o);
}
public WeakReference<Object> getReference(){
WeakReference<Object> reference = new WeakReference(new Object());
return reference;
}
print 方法会输出null，这个就是我疑惑的地方，为什么ThreadLocal 不会出现上面在使用弱引用中，执行gc 后，引用被回收导致key 为空，取不到值了。
在网上找到了答案，在使用一个例子验证下就会明白了
@Test
public void sidi() throws InterruptedException {
getLocal();
System.gc();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
Thread thread = Thread.currentThread();
System.out.println(thread); // 在这里打断点，观察thread对象里的ThreadLocalMap数据
}
private Local getLocal() {
Local local = new Local();
System.out.println(local.get());
return local;
}
private static class Local {
private ThreadLocal<String> local = ThreadLocal.withInitial(() -> "ssssssssss");
public String get() {
return local.get();
}
public void set(String str) {
local.set(str);
}
下面看下debug结果图
现在做一个小改动
为什么有一个返回值后，ThreadLocal就不会被gc回收掉呢，其实跟这个跟强引用有关系的。当前根对象就是local 对象，持有ThreadLocal<String> local，虽然local是被弱引用包装有可能被gc的，但是同时被当前local 的强引用关联，对象仍然是可达的，不会被垃圾回收掉。当前方法没有持有local时，Local内部local 是没有任何对象引用它，强引用并没有作用到ThreadLocal，执行gc时肯定会删除弱引用。总结执行gc时，弱引用总会被垃圾回收掉的，但是如果弱引用的对象同时被强引用持有，强引用作用域会盖过弱引用，在强引用可达之前，对象是不会被回收的。所以平常我们在使用ThreadLocal时不会担心弱引用被删除情况，我们在操作ThreadLocal时会必须持有它的对象引用，强引用保证了在当前持有对象代码里对象不会被回收。
看上面经典图片，实线表示强引用，虚线表示弱引用。当线程栈持有ThreadLocal，作为Entry key的它不会被gc，当ThreadLocalRef 引用失效时，ThreadLocal 就会在下次gc时被回收掉。在持有ThreadLocal对象引用链时，ThreadLocal弱引用都不会被回收的。
最后一个问题，为什么ThreadLocal要作为弱引用作为ThreadLocalMap 内部key存在呢。我们知道ThreadLocal作为多线程操作自身私有变量工具类，本事不持有任何线程的变量，只是封装具体实现方便使用者调用。ThreadLocal 本身对象生命周期很短的，用完就可以回收了。试想下ThreadLocal作为Entry key存在，线程引用链就会变成Thread->ThreadLocalMap ->ThreadLocal, 在线程对象不会释放之前，ThreadLoca对象不会被回收的。如果我们不手动释放它，是不是就和Entry key 被删除一样，对象太多可能导致内存泄露。ThreadLocal 作为一个工具类没必要和Thread一起绑定，设置一个弱引用包装它，可以在对象作用域消失后有利于垃圾回收器回收它。即使没有手动释放设置value，也不必太过担心内存泄漏这块，在新增值、数组扩容时都会检查有key 被gc情况，对val 释放。
