ThreadLocal底层实现原理

 

数据结构

 ThreadLocal 内部有一个静态内部类 ThreadLocalMap ，它是 ThreadLocal 实现的关键。 ThreadLocalMap 是一个自定义的哈希表，类似于 java.util.HashMap ，但它的设计更加简单和高效，用于存储每个线程的变量副本。

它的 Entry （存储元素的节点）继承自 WeakReference<ThreadLocal<?>> ，这意味着 Entry 中的 key （ ThreadLocal 对象）是一个弱引用。 Entry 的 value 就是线程本地变量的值。

设置值（ set 方法）的过程

当调用 ThreadLocal 的 set 方法时，它首先获取当前线程对象（通过 Thread.currentThread() ）。

然后从当前线程对象中获取 ThreadLocalMap 。如果线程对象中的 ThreadLocalMap 不存在，就创建一个新的。

接着通过 ThreadLocal 对象的 hashCode 方法计算出一个索引值，将键值对（ ThreadLocal 对象作为 key ，要设置的值作为 value ）放入 ThreadLocalMap 中对应的位置。如果该位置已经有元素（发生哈希冲突）， ThreadLocalMap 会采用线性探测法来寻找下一个可用的位置。

获取值（ get 方法）的过程

同样先获取当前线程，再获取线程中的 ThreadLocalMap 。

根据 ThreadLocal 对象的 hashCode 计算索引，在 ThreadLocalMap 中查找对应的 Entry 。如果找到并且 key 相等（通过 == 比较），就返回 Entry 中的 value 。如果没找到或者 key 不匹配，就返回 null （或者执行 initialValue 方法来初始化并返回一个默认值）。

内存管理方面（ WeakReference ）

由于 Entry 中的 key 是弱引用，当没有强引用指向 ThreadLocal 对象时，它可能会被垃圾回收。这有助于防止 ThreadLocal 对象的内存泄漏，但如果在使用过程中不小心，仍然可能出现 value 无法被回收的情况（例如 ThreadLocal 对象被回收了，但 value 还在 ThreadLocalMap 中，并且 Thread 生命周期很长）。

应用场景

 

多线程环境下的用户上下文信息保存

例如在一个Web应用服务器中，对于每个用户请求，服务器可能会使用多个线程来处理不同的任务，如数据库查询、业务逻辑计算等。可以使用 ThreadLocal 来存储当前用户的身份信息（如用户ID、权限级别等）。这样，在整个请求处理过程中的各个方法（可能分布在不同的类中）都可以方便地获取当前用户的信息，而不用担心多用户并发访问时信息的混乱。

数据库连接管理

在多线程的数据库访问应用中，每个线程可能需要自己的数据库连接。通过 ThreadLocal 可以为每个线程分配一个独立的数据库连接对象。这样，不同线程可以同时使用不同的数据库连接进行数据库操作，避免了线程间共享数据库连接可能出现的并发问题，如连接被意外关闭或者数据被其他线程篡改等情况。

复杂的分布式事务中的上下文传递

在分布式事务处理中，需要在多个服务之间传递事务相关的上下文信息，如事务ID、全局事务状态等。使用 ThreadLocal 可以在本地线程内方便地保存和传递这些信息，使得在分布式事务的各个环节（如调用不同的微服务）都能够获取和更新这些上下文信息，有助于协调分布式事务的正确执行。