ThreadLocal结构

目录

一、ThreadLocal 要解决的核心问题

二、核心结构

1.Thread 类（线程载体）

2.ThreadLocal 类（访问入口&健生成器）

3.ThreadLocal.ThreadLocalMap 类（线程专属存储结构）

三、核心关系图：一切尽在图中

四、关键设计

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ThreadLocal 是 Java 中实现线程隔离数据存储的核心工具。

一、ThreadLocal 要解决的核心问题

提供一种机制，让每个线程都能独立访问自己专属的变量副本，避免多线程环境下的竞争问题。常用于存储线程上下文信息（如用户会话）、数据库连接等。

二、核心结构

1.Thread 类（线程载体）

• 每个 Thread 对象内部都有一个私有成员变量：threadLocals
• threadLocals 的类型是 ThreadLocal.ThreadLocalMap
• 这个 ThreadLocalMap 就是该线程专属的“储物柜”

// java.lang.Thread
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

2.ThreadLocal 类（访问入口&健生成器）

• 开发者直接操作的类（ get()，set()，remove() ）
• 它本身不存储数据，而是作为访问 ThreadLocalMap 的媒介和键（key）
• 每个 ThreadLocal 实例通过其唯一的 threadLocalHashCode（在构造函数中计算生成）标识自己，用于在 ThreadLocalMap 中查找对应的值

3.ThreadLocal.ThreadLocalMap 类（线程专属存储结构）

• ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 的静态内部类
• 它是线程（Thread）的私有成员变量（threadLocals）
• 它本质上是一个定制化哈希表，专门用于存储以 ThreadLocal 为键、用户数据为值的键值对
• 核心结构：Entry[] table
  （1）Entry 是继承自 ThreadLocalMap 的静态内部类
  （2）Entry 继承自 WeakReference<ThreadLocal<?>>
  （3）键（key）：是 ThreadLocal 实例的弱引用（WeakReference）
  （4）值（value）：是用户存储的实际数据（强引用）

// ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {Object value; // 用户存储的实际数据Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {super(k); // 将ThreadLocal作为弱引用value = v;}
}

三、核心关系图：一切尽在图中

ThreadLocal 的数据结构

四、关键设计

首先搞清楚 Java 的四种引用类型：

• 强引用：我们常常 new 出来的对象就是强引用类型，只要强引用存在，垃圾回收器将永远不会回收被引用的对象，哪怕内存不足的时候
• 软引用：使用 SoftReference 修饰的对象被称为软引用，软引用指向的对象在内存要溢出的时候被回收
• 弱引用：使用 WeakReference 修饰的对象被称为弱引用，只要发生垃圾回收，若这个对象只被弱引用指向，那么就会被回收
• 虚引用：虚引用是最弱的引用，在 Java 中使用 PhantomReference 进行定义。虚引用中唯一的作用就是用队列接收对象即将死亡的通知

1.弱引用键（key）

• 目的：解决 ThreadLocal 对象本身的内存泄漏问题
• 机制：当 ThreadLocal 实例（tlRef）不再被任何强引用指向时（例如开发者将其设置为 null），仅剩下 Entry.key 这个弱引用。在下一次 GC 发生时，tlRef 就会被回收，对应的 Entry.key 变为 null
• 价值：防止因为线程长期存在（如线程池线程）导致 ThreadLocal 对象无法回收

2.强引用值（value）

• 问题：如果 ThreadLocal 被回收（Entry.key == null），但 Entry.key 仍然被 ThreadLocalMap 的 Entry 强引用着，而 ThreadLocalMap 又被线程（Thread）强引用着。如果长期存在（如线程池），这个 value 就会一直占用内存，造成真正的内存泄漏
• 解决方案：开发者必须显示调用 ThreadLocal.remove() 来删除不再需要的条目，或者在 get() / set() 过程中，ThreadLocalMap 会自动清理 key == null 的陈旧条目（惰性清理）

3.ThreadLocalMap 过期 key 的数据清理方式：探测式清理和启发式清理