網上有很多關於ThreadLocal的介紹，有的介紹比較簡單，也有的介紹很復雜，比較難懂，今天，自己結合它的源碼，也做個簡易梳理，記錄如下！
ThreadLocal的作用
在多請求並發訪問過程中，我們往往需要將一個指定變量隔離起來，達到只對當前線程可用，其他線程不可用的效果，因此，我們就會使用到ThreadLocal來實現。
實現原理其實就是在每個線程中維護了一個Map結構（ThreadLocalMap，它是ThreadLocal中的靜態內部類），ThreadLocal對象為Key，需要隔離的值為Value。為了達到線程全局可用，我們往往將ThreadLocal聲明為全局靜態變量。
Thread中的ThreadLocalMap對象
/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
* by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
那么ThreadLocal具體如何做到線程隔離的？我們下面做具體分析！
ThreadLocal
ThreadLocal的生命周期圖示如下：
我們暫不分析ThreadLocalMap，先單獨來看ThreadLocal的幾個方法源碼介紹！
1.對象初始化
ThreadLocal初始化比較簡單!
public static final ThreadLocal<String> THREAD_LOCAL = new ThreadLocal<>();
我們往往在初始化時會給他指定一個默認值，不指定的話，默認值為null，這里有兩種指定方式：
第一種：直接復寫ThreadLocal中的initialValue方法
第二種：利用函數式編程，創建SuppliedThreadLocal對象，由get方法直接返回初始值
public static final ThreadLocal<String> THREAD_LOCAL = new ThreadLocal<String>(){
@Override
protected String initialValue() {
return "Test";
}
};
public static final ThreadLocal<String> THREAD_LOCAL = ThreadLocal.withInitial(()->"Test");
SuppliedThreadLocal對象是對ThreadLocal的一個特定實現，通過構造函數傳入Supplier，再由實現的initialValue方法返回supplier.get()的結果，其他也沒什么可多介紹的。
2.獲取變量
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
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;
}
}
return setInitialValue();
}
從get方法我們可以看到，ThreadLocal是從當前線程中獲取到了ThreadLocalMap對象，然后取出其中的Entry.Value值，如果對象不存在就返回初始值，初始化方法initialValue會在這里調用一次，其他操作不再調用。
3.設置變量
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
set方法與get方法一樣，會通過當前線程取出ThreadLocalMap對象，然后將當前ThreadLocal對象作為Key，存儲Value值，ThreadLocalMap不存在時，會創建新的Map。
4.移除變量
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
m.remove(this);
}
移除變量同樣是根據currentThread來找到的Map，然后對當前ThreadLocal做remove操作。
ThreadLocalMap
通過ThreadLocal的操作介紹我們可以看到，ThreadLocal的操作都是基於ThreadLocalMap來實現的，所以，ThreaLocalMap才是我們對ThreadLocal變量實現線程隔離的重點。
1.Entry
ThreadLocalMap中存儲數據關系的是Entry，它的Key是ThreadLocal對象，采用弱引用，Value是一個強引用對象Object。當Entry.get()獲取的ThreadLocal為Null時，GC回收將直接清除該對象，但Value對象，需要我們手動清除，所以，我們需要在每個ThreadLocal調用結束時，執行remove方法，否則，有可能出現內存泄漏情況。
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
那么，為什么ThreadLocal中沒有使用普通的Key-Value形式定義存儲結構呢？
因為如果這里使用普通的key-value形式來定義存儲結構，實質上就會造成節點的生命周期與線程強綁定，只要線程沒有銷毀，那么節點在GC分析中一直處於可達狀態，沒辦法被回收，而程序本身也無法判斷是否可以清理節點。弱引用是Java中四檔引用的第三檔，比軟引用更加弱一些，如果一個對象沒有強引用鏈可達，那么一般活不過下一次GC。當某個ThreadLocal已經沒有強引用可達，則隨着它被垃圾回收，在ThreadLocalMap里對應的Entry的鍵值會失效，這為ThreadLocalMap本身的垃圾清理提供了便利。
關於弱引用與強引用的關系以及他們的對象回收機制，這里不做過多介紹，有興趣的同學可以自行學習！
2.初始化
ThreadLocalMap的操作是基於Entry[]數組table完成的，數組初始化大小為16。table是一個2的N次方的數組，ThreadLocal通過AtomicInteger類型的nextHashCode，每次偏移HASH_INCREMENT=0x61c88647的大小來實現數據在數組上的平均分布。
Entry[]數組table為什么是一個2的N次方數組呢？
第一個原因是ThreadLocalMap使用的是開放定址法中的線性探測法，均勻分布的好處在於很快就能探測到下一個臨近的可用slot，從而保證效率。
第二個原因是位運算比取模效率高，rehash的時候只需要判斷0還是1。
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
size = 1;
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}
關於Entry[]中如何解決碰撞沖突問題，可以參考：ThreadLocal 和神奇的數字 0x61c88647
3.獲取Entry
private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
Entry e = table[i];
if (e != null && e.get() == key)
return e;
else
return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}
查詢table中的Entry值時，采用神奇的0x61c88647，ThreadLocal對象作為Key與Entry的Key相同時，返回此Entry，否則，采用開放定址法，從i開始線性探測查找Entry。
4.設置Entry
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
// We don't use a fast path as with get() because it is at
// least as common to use set() to create new entries as
// it is to replace existing ones, in which case, a fast
// path would fail more often than not.
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();
}
set方法中兼容新增與修改操作，如果找到同一個ThreadLocal對應的Entry時，則直接重新賦值Value，否則新建Entry賦值給table[i]。
5.移除Entry
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.get() == key) {
e.clear();
expungeStaleEntry(i);
return;
}
}
}
remove操作同樣采用線性探測到指定的table[i]，找到Key相同的ThreadLocal對象，然后通過指定弱引用的Key值為Null移除，並將table[i].value也置為Null，通過GC回收徹底刪除元素。
InheritableThreadLocal
ThreadLocal解決了線程隔離問題，但對於子線程想要獲取到父線程中的變量，又如何做呢？JDK為我們提供了另外一個線程本地變量實現類InheritableThreadLocal。
InheritableThreadLocal繼承自ThreadLocal，與ThreadLocal一樣，它也會在Thread中定義一個Map結構來維護Entry訪問。
/*
* InheritableThreadLocal values pertaining to this thread. This map is
* maintained by the InheritableThreadLocal class.
*/
ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;
所以，每個Thread中都會保存有當前線程的ThreadLocal對象threadLocals，和繼承父線程的ThreadLocal對象inheritableThreadLocals。
那么，父線程數據如何傳遞給子線程的呢？我們來看Thread的init方法，是如何做的。
if (inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals != null)
this.inheritableThreadLocals =
ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);
線程初始化時，會將父線程的ThreadLocalMap傳給子線程，通過Entry[]數組拷貝，完成子線程ThreadLocal對象的創建。具體操作在ThreadMap的另一構造方法完成。
private ThreadLocalMap(ThreadLocalMap parentMap) {
Entry[] parentTable = parentMap.table;
int len = parentTable.length;
setThreshold(len);
table = new Entry[len];
for (int j = 0; j < len; j++) {
Entry e = parentTable[j];
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
ThreadLocal<Object> key = (ThreadLocal<Object>) e.get();
if (key != null) {
Object value = key.childValue(e.value);
Entry c = new Entry(key, value);
int h = key.threadLocalHashCode & (len - 1);
while (table[h] != null)
h = nextIndex(h, len);
table[h] = c;
size++;
}
}
}
}
InheritableThreadLocal中重寫了ThreadLocal的三個方法：
childValue：獲取父線程變量值。
getMap：獲取繼承過來的ThreaLocal對象。
createMap：創建繼承父線程的ThreadLocal對象。
InheritableThreadLocal實現了Entry數組拷貝后，其他操作方法與ThreadLocal相同。