首先，看一张整体的结构图，来帮助理解

什么是ThreadLocal

ThreadLocal用于创建线程局部变量，如果创建一个ThreadLocal变量，那么访问这个变量的每个线程都会有这个变量的一个副本，在实际多线程操作的时候，操作的是自己本地内存中的变量，从而规避了线程安全问题

ThreadLocal的简单使用

package test;public class ThreadLocalTest {static ThreadLocal<String> threadLocal= new ThreadLocal<>();public static void main(String[] args) {Thread t1  = new Thread(()->{//设置线程1的本地变量的值threadLocal.set("线程1");System.out.println(threadLocal.get());threadLocal.remove();System.out.println("after remove : " + threadLocal.get());});Thread t2  = new Thread(()->{//设置线程2的本地变量threadLocal.set("线程2");System.out.println(threadLocal.get());threadLocal.remove();System.out.println("after remove : " + threadLocal.get());});t1.start();t2.start();}
}

输出结果：

由此可知，虽然threadLocal为成员变量，即线程共享，但使用threadLocal在不用线程进行赋值、获取等操作时，不同线程的操作互不相扰。
那么ThreadLocal是如何作为成员变量，却能在实现多线程下数据不共享，作为线程局部变量？

ThreadLocal的原理

回到一开始的图：

ThreadLocal并不实际存储数据，而是作为一个工具类，提供get、set方法根据当前线程用于操作当前线程中的实际数据
每个Thread（线程）中都持有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量，初始值为null。ThreadLocal的get、set方法实际上就是在操作这个成员变量。
ThreadLocalMap持有一个Entry[]类型的成员变量table，类似JDK1.7的HashMap中的Entry[] table 可以类比学习
Entry key为ThreadLocal<?>类型的的弱引用，value为Object类型的强引用

ThreadLocal的set()

public void set(T value) {//1、获取当前线程（调用者线程）Thread t = Thread.currentThread();//2、获取当前线程的ThreadLocalMap变量ThreadLocalMap map = getMap(t);//3、如果map不为null，就直接添加本地变量，key为当前定义的ThreadLocal变量的this引用，值为添加的本地变量值if (map != null)map.set(this, value);//4、如果map为null，说明首次添加，需要首先创建出对应的mapelsecreateMap(t, value);
}ThreadLocalMap getMap(Thread t) {//获取线程的threadLocalsreturn t.threadLocals;
}void createMap(Thread t, T firstValue) {//创建线程的threadLocals, this为ThreadLocal<?>的引用t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

ThreadLocal的get()

在get方法的实现中，首先获取当前调用者线程，如果当前线程的threadLocals不为null，就直接返回当前线程绑定的本地变量值，否则执行setInitialValue方法初始化threadLocals变量。在setInitialValue方法中，类似于set方法的实现，都是判断当前线程的threadLocals变量是否为null，是则添加本地变量（这个时候由于是初始化，所以添加的值为null），否则创建threadLocals变量，同样添加的值为null。
引用自：https://www.cnblogs.com/fsmly/p/11020641.html#_label0

public T get() {//1、获取当前线程Thread t = Thread.currentThread();//2、获取当前线程的threadLocals变量ThreadLocalMap map = getMap(t);//3、如果threadLocals变量不为null，就可以在map中查找到本地变量的值if (map != null) {ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);if (e != null) {@SuppressWarnings("unchecked")T result = (T)e.value;return result;}}//4、执行到此处，threadLocals为null，调用该更改初始化当前线程的threadLocals变量return setInitialValue();
}private T setInitialValue() {//protected T initialValue() {return null;}T value = initialValue();//获取当前线程Thread t = Thread.currentThread();//以当前线程作为key值，去查找对应的线程变量，找到对应的mapThreadLocalMap map = getMap(t);//如果map不为null，就直接添加本地变量，key为当前线程，值为添加的本地变量值if (map != null)map.set(this, value);//如果map为null，说明首次添加，需要首先创建出对应的mapelsecreateMap(t, value);return value;
}

ThreadLocal操作总结

根据上述源码的分析可知：ThreadLocal最终操作的都是调用线程的ThreadLocalMap成员变量，因此不同线程使用同一个ThreadLocal成员变量互不相扰。
每个线程内部有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型threadLocals的成员变量，该变量的类型为类似于HashMap，其中的key为当前定义的ThreadLocal变量的this引用，value为使用set方法设置的值。每个线程的本地变量存放在自己的本地内存变量threadLocals中，如果当前线程一直不消亡，那么这些本地变量就会一直存在（所以可能会导致内存溢出），因此使用完毕需要将其remove掉。

ThreadLocal使用不当造成内存泄漏问题

弱引用

弱引用（这里讨论ThreadLocalMap中的Entry类的重点）：如果一个对象只具有弱引用，那么这个对象就会被垃圾回收器GC掉(被弱引用所引用的对象只能生存到下一次GC之前，当发生GC时候，无论当前内存是否足够，弱引用所引用的对象都会被回收掉)。弱引用也是和一个引用队列联合使用，如果弱引用的对象被垃圾回收期回收掉，JVM会将这个引用加入到与之关联的引用队列中。若引用的对象可以通过弱引用的get方法得到，当引用的对象呗回收掉之后，再调用get方法就会返回null

ThreadLocalMap内部实际上是一个Entry数组：

Entry是继承自WeakReference（弱引用）的一个类。
Entry的key是指向ThreadLocal的弱引用，value一般为强引用

当一个线程调用ThreadLocal的set方法设置变量的时候，当前线程的ThreadLocalMap就会存放一个记录(Entry)，这个记录的key值为ThreadLocal的弱引用，value就是通过set设置的值。
如果当前线程一直存在且没有调用该ThreadLocal的remove方法，此时存在两种情况：

ThreadLocalMap之外存在ThreadLocal的引用：那么当前线程中的ThreadLocalMap中会存在对ThreadLocal变量的引用和value对象的引用，无法进行垃圾回收，导致这些本地变量一直存在，可能会出现内存溢出
ThreadLocalMap之外不存在ThreadLocal的引用：因为ThreadLocalMap中的Entry的key使用的是ThreadLocal对象的弱引用，所以下一次垃圾回收时ThreadLocal（key）将被回收。此时ThreadLocalMap中就可能存在key为null但是value不为null的现象，出现内存泄漏。

因此每次使用完ThreadLocal，建议调用它的remove()方法，清除数据，避免内存泄漏

内存泄漏问题总结

ThreadLocalMap中的Entry的key使用的是ThreadLocal对象的弱引用，在没有其他地方对ThreadLocal存在依赖时，ThreadLocalMap中的ThreadLocal对象（即key）就会被回收，而如果其他地方存在ThreadLocal的引用则不会被回收。当key被回收时，Map中就可能存在key为null但是value不为null的现象，出现内存泄漏。

因此每次使用完ThreadLocal，建议调用它的remove()方法，清除数据，避免内存泄漏。

参考

ThreadLocal
Java中的ThreadLocal详解
TheadLocal 引起的内存泄露故障分析

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