ThreadLocal原理分析与代码验证

作者: 明年我18 | 来源:发表于2019-11-23 16:00 被阅读0次

ThreadLocal提供了线程安全的数据存储和访问方式，利用不带key的get和set方法，居然能做到线程之间隔离，非常神奇。

比如

ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();

in thread 1

//in thread1
treadLocal.set("value1");
.....
//value的值是value1
String value = threadLocal.get();

in thread 2

//in thread2
treadLocal.set("value2");
.....
//value的值是value2
String value = threadLocal.get();

不论thread1和thread2是不是同时执行，都不会有线程安全问题，我们来测试一下。

线程安全测试

开10个线程，每个线程内都对同一个ThreadLocal对象set不同的值，会发现ThreadLocal在每个线程内部get出来的值，只会是自己线程内set进去的值，不会被别的线程影响。

static void testUsage() throws InterruptedException {
    Utils.println("-------------testUsage-------------------");
    ThreadLocal<Long> threadLocal = new ThreadLocal<>();

    AtomicBoolean threadSafe = new AtomicBoolean(true);
    int count = 10;
    CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(count);
    Random random = new Random(736832);
    for (int i = 0; i < count; i ++){
        new Thread(() -> {
            try {
                //生成一个随机数
                Long value = System.nanoTime() + random.nextInt();
                threadLocal.set(value);
                Thread.sleep(1000);

                Long value2 = threadLocal.get();
                if (!value.equals(value2)) {
                    //get和set的value不一致，说明被别的线程修改了，但这是不可能出现的
                    threadSafe.set(false);
                    Utils.println("thread unsafe, this could not be happen!");
                }
            } catch (InterruptedException e) {

            }finally {
                countDownLatch.countDown();
            }

        }).start();
    }

    countDownLatch.await();

    Utils.println("all thread done, and threadSafe is " + threadSafe.get());
    Utils.println("------------------------------------------");
}

输出：

-------------testUsage------------------
all thread done, and threadSafe is true
-----------------------------------------

原理浅析

翻开ThreadLocal的源码，会发现ThreadLocal只是一个空壳子，它并不存储具体的value，而是利用当前线程（Thread.currentThread()）的threadLocalMap来存储value，key就是这个threadLocal对象本身。

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}

Thread的threadLocals字段是ThreadLocalMap类型（你可以简单理解为一个key value的Map），key是ThreadLocal对象，value是我们在外层设置的值

当我们调用threadLocal.set(value)方法的时候，会找到当前线程的threadLocals这个map，然后以this作为key去set key value
当我们调用threadLocal.get()方法的时候，会找到当前线程的threadLocals这个map，然后以this作为key去get value
当我们调用threadLocal.remove()方法的时候，会找到当前线程的threadLocals这个map，然后以this作为key去remove

这就相当于：

Thread.currentThread().threadLocals.set(threadLocal1, "value1");
.....
//value的值是value1
String value = Thread.currentThread().threadLocals.get(threadLocal1);

因为每个Thread都是不同的对象，所以他们的threadLocals也是不同的map，threadLocal在不同的线程里工作时，实际上是从不同的map里get/set，这也就是线程安全的原因了，了解到这一点就差不多了。

再深入一些，ThreadLocalMap的结构

如果继续翻ThreadLocalMap的源码，会发现它有个字段table，是Entry类型的数组。

我们不妨写段代码，把ThreadLocalMap的结构输出出来。

由于Thread.threadLocals和ThreadLocalMap类不是public的，我们只有通过反射来获取它的值。反射的代码如下（如果嫌长可以不看，直接看输出）：

static Object getThreadLocalMap(Thread thread) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {        
    //get thread.threadLocals
    Field threadLocals = Thread.class.getDeclaredField("threadLocals");
    threadLocals.setAccessible(true);
    return threadLocals.get(thread);
}

static void printThreadLocalMap(Object threadLocalMap) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
    String threadName = Thread.currentThread().getName();
    
    if(threadLocalMap == null){
        Utils.println("threadMap is null, threadName:" + threadName);
        return;
    }

    Utils.println(threadName);

    //get threadLocalMap.table
    Field tableField = threadLocalMap.getClass().getDeclaredField("table");
    tableField.setAccessible(true);
    Object[] table = (Object[])tableField.get(threadLocalMap);
    Utils.println("----threadLocals (ThreadLocalMap), table.length = " + table.length);

    for (int i = 0; i < table.length; i ++){
        WeakReference<ThreadLocal<?>> entry = (WeakReference<ThreadLocal<?>>)table[i];
        printEntry(entry, i);
    }
}
static void printEntry(WeakReference<ThreadLocal<?>> entry, int i) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
    if(entry == null){
        Utils.println("--------table[" + i + "] -> null");
        return;
    }
    ThreadLocal key = entry.get();
    //get entry.value
    Field valueField = entry.getClass().getDeclaredField("value");
    valueField.setAccessible(true);
    Object value = valueField.get(entry);

    Utils.println("--------table[" + i + "] -> entry key = " + key + ", value = " + value);
}

测试代码：

static void testStructure() throws InterruptedException {
    Utils.println("-------------testStructure----------------");
    ThreadLocal<String> threadLocal1 = new ThreadLocal<>();
    ThreadLocal<String> threadLocal2 = new ThreadLocal<>();

    Thread thread1 = new Thread(() -> {
        threadLocal1.set("threadLocal1-value");
        threadLocal2.set("threadLocal2-value");

        try {
            Object threadLocalMap = getThreadLocalMap(Thread.currentThread());
            printThreadLocalMap(threadLocalMap);

        } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }, "thread1");

    thread1.start();

    //wait thread1 done
    thread1.join();

    Thread thread2 = new Thread(() -> {
        threadLocal1.set("threadLocal1-value");
        try {
            Object threadLocalMap = getThreadLocalMap(Thread.currentThread());
            printThreadLocalMap(threadLocalMap);

        } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }, "thread2");

    thread2.start();
    thread2.join();
    Utils.println("------------------------------------------");
}

我们在创建了两个ThreadLocal的对象threadLocal1和threadLocal2，在线程1里为这两个对象设置值，在线程2里只为threadLocal1设置值。然后分别打印出这两个线程的threadLocalMap。

输出结果为：

-------------testStructure----------------
thread1
----threadLocals (ThreadLocalMap), table.length = 16
--------table[0] -> null
--------table[1] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@33baa315, value = threadLocal2-value
--------table[2] -> null
--------table[3] -> null
--------table[4] -> null
--------table[5] -> null
--------table[6] -> null
--------table[7] -> null
--------table[8] -> null
--------table[9] -> null
--------table[10] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@4d42db5c, value = threadLocal1-value
--------table[11] -> null
--------table[12] -> null
--------table[13] -> null
--------table[14] -> null
--------table[15] -> null
thread2
----threadLocals (ThreadLocalMap), table.length = 16
--------table[0] -> null
--------table[1] -> null
--------table[2] -> null
--------table[3] -> null
--------table[4] -> null
--------table[5] -> null
--------table[6] -> null
--------table[7] -> null
--------table[8] -> null
--------table[9] -> null
--------table[10] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@4d42db5c, value = threadLocal1-value
--------table[11] -> null
--------table[12] -> null
--------table[13] -> null
--------table[14] -> null
--------table[15] -> null
------------------------------------------

从结果上可以看出：

线程1和线程2的threadLocalMap对象的table字段,是个数组，长度都是16
由于线程1里给两个threadLocal对象设置了值，所以线程1的ThreadLocalMap里有两个entry，数组下标分别是1和10，其余的是null（如果你自己写代码验证，下标不一定是1和10，不需要纠结这个问题，只要前后对的上就行）
由于线程2里只给一个threadLocal对象设置了值，所以线程1的ThreadLocalMap里只有一个entry，数组下标是10，其余的是null
threadLocal1这个对象在两个线程里都设置了值，所以当它作为key加入二者的threadLocalMap时，key是一样的，都是java.lang.ThreadLocal@4d42db5c；下标也是一样的，都是10。

为什么是WeakReference

查看Entry的源码，会发现Entry继承自WeakReference：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    /** The value associated with this ThreadLocal. */
    Object value;

    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
        super(k);
        value = v;
    }
}

构造函数里把key传给了super，也就是说，ThreadLocalMap中对key的引用，是WeakReference的。

Weak reference objects, which do not prevent their referents from being
made finalizable, finalized, and then reclaimed. Weak references are most
often used to implement canonicalizing mappings.

通俗点解释：

当一个对象仅仅被weak reference（弱引用）, 而没有任何其他strong reference（强引用）的时候, 不论当前的内存空间是否足够，当GC运行的时候，这个对象就会被回收。

看不明白没关系，还是写代码测试一下什么是WeakReference吧...

static void testWeakReference(){
    Object obj1 = new Object();
    Object obj2 = new Object();
    WeakReference<Object> obj1WeakRef = new WeakReference<>(obj1);
    WeakReference<Object> obj2WeakRf = new WeakReference<>(obj2);
    //obj32StrongRef是强引用
    Object obj2StrongRef = obj2;
    Utils.println("before gc: obj1WeakRef = " + obj1WeakRef.get() + ", obj2WeakRef = " + obj2WeakRf.get() + ", obj2StrongRef = " + obj2StrongRef);

    //把obj1和obj2设为null
    obj1 = null;
    obj2 = null;
    //强制gc
    forceGC();

    Utils.println("after gc: obj1WeakRef = " + obj1WeakRef.get() + ", obj2WeakRef = " + obj2WeakRf.get() + ", obj2StrongRef = " + obj2StrongRef);
}

结果输出：

before gc: obj1WeakRef = java.lang.Object@4554617c, obj2WeakRef = java.lang.Object@74a14482, obj2StrongRef = java.lang.Object@74a14482
after gc: obj1WeakRef = null, obj2WeakRef = java.lang.Object@74a14482, obj2StrongRef = java.lang.Object@74a14482

从结果上可以看出：

我们先new了两个对象（为避免混淆，称他们为Object1和Object2），分别用变量obj1和obj2指向它们，同时定义了一个obj2StrongRef，也指向Object2，最后把obj1和obj2均指向null
由于Object1没有变量强引用它了，所以在gc后，Object1被回收了，obj1WeakRef.get()返回了null
由于Object2还有obj2StrongRef在引用它，所以gc后，Object2依然存在，没有被回收。

那么，ThreadLocalMap中对key的引用，为什么是WeakReference的呢？

因为大部分情况下，线程不死

大部分情况下，线程不会频繁的创建和销毁，一般都会用线程池。所以线程对象一般不会被清除，线程的threadLocalMap就一直存在。
如果key对ThreadLocal是强引用，那么key永远不会被回收，即使我们程序里再也不用它了。

但是key是弱引用的话，情况就会得到改善：只要没有指向threadLocal的强引用了，这个ThreadLocal对象就会被清理。

我们还是写代码测试一下吧。

/**
 * 测试ThreadLocal对象什么时候被回收
 * @throws InterruptedException
 */
static void testGC() throws InterruptedException {
    Utils.println("-----------------testGC-------------------");
    Thread thread1 = new Thread(() -> {
        ThreadLocal<String> threadLocal1 = new ThreadLocal<>();
        ThreadLocal<String> threadLocal2 = new ThreadLocal<>();

        threadLocal1.set("threadLocal1-value");
        threadLocal2.set("threadLocal2-value");

        try {
            Object threadLocalMap = getThreadLocalMap(Thread.currentThread());
            Utils.println("print threadLocalMap before gc");
            printThreadLocalMap(threadLocalMap);

            //set threadLocal1 unreachable
            threadLocal1 = null;

            forceGC();

            Utils.println("print threadLocalMap after gc");
            printThreadLocalMap(threadLocalMap);


        } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }, "thread1");

    thread1.start();
    thread1.join();
    Utils.println("------------------------------------------");
}

我们在一个线程里为两个ThreadLocal对象赋值，最后把其中一个对象的强引用移除，gc后打印当前线程的threadLocalMap。
输出结果如下：

-----------------testGC-------------------
print threadLocalMap before gc
thread1
----threadLocals (ThreadLocalMap), table.length = 16
--------table[0] -> null
--------table[1] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@7bf9cebf, value = threadLocal2-value
--------table[2] -> null
--------table[3] -> null
--------table[4] -> null
--------table[5] -> null
--------table[6] -> null
--------table[7] -> null
--------table[8] -> null
--------table[9] -> null
--------table[10] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@56342d38, value = threadLocal1-value
--------table[11] -> null
--------table[12] -> null
--------table[13] -> null
--------table[14] -> null
--------table[15] -> null
print threadLocalMap after gc
thread1
----threadLocals (ThreadLocalMap), table.length = 16
--------table[0] -> null
--------table[1] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@7bf9cebf, value = threadLocal2-value
--------table[2] -> null
--------table[3] -> null
--------table[4] -> null
--------table[5] -> null
--------table[6] -> null
--------table[7] -> null
--------table[8] -> null
--------table[9] -> null
--------table[10] -> entry key = null, value = threadLocal1-value
--------table[11] -> null
--------table[12] -> null
--------table[13] -> null
--------table[14] -> null
--------table[15] -> null
------------------------------------------

从输出结果可以看到，当我们把threadLocal1的强引用移除并gc之后，table[10]的key变成了null，说明threadLocal1这个对象被回收了；threadLocal2的强引用还在，所以table[1]的key不是null，没有被回收。

但是你发现没有，table[10]的key虽然是null了，但value还活着！ table[10]这个entry对象，也活着！

是的，因为只有key是WeakReference....

无用的entry什么时候被回收？

通过查看ThreadLocal的源码，发现在ThreadLocal对象的get/set/remove方法执行时，都有机会清除掉map中已经无用的entry。

最容易验证清除无用entry的场景分别是：

remove：这个不用说了，这哥们本来就是做这个的
get：当一个新的threadLocal对象（没有set过value）发生get调用时，也会作为新的entry加入map，在加入的过程中，有机会清除掉无用的entry，逻辑和下面的set相同。
set: 当一个新的threadLocal对象（没有set过value）发生set调用时，会在map中加入新的entry，此时有机会清除掉无用的entry，清除的逻辑是：
- 清除掉table数组中的那些无用entry中的一部分，记住是一部分，这个一部分可能全部，也可能是0，具体算法请看ThreadLocalMap.cleanSomeSlots，这里不解释了。
- 如果上一步的"一部分"是0（即清除了0个），并且map的size（是真实size，不是table.length）大于等于threshold（table.length的2/3），会执行一次rehash，在rehash的过程中，清理掉所有无用的entry，并减小size，清理后的size如果还大于等于threshold - threshold/4，则把table扩容为原来的两倍大小。

还有其他场景，但不好验证，这里就不提了。

ThreadLocal源码就不贴了，贴了也讲不明白，相关逻辑在setInitialValue、cleanSomeSlots、expungeStaleEntries、rehash、resize等方法里。

在我们写代码验证entry回收逻辑之前，还需要简单的提一下ThreadLocalMap的hash算法。

entry数组的下标如何确定？

每个ThreadLocal对象，都有一个threadLocalHashCode变量，在加入ThreadLocalMap的时候，根据这个threadLocalHashCode的值，对entry数组的长度取余(hash & (len - 1))，余数作为下标。

那么threadLocalHashCode是怎么计算的呢？看源码：

public class ThreadLocal<T>{
    private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
    private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();

    private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;

    private static int nextHashCode() {
        return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
    }
    ...
}

ThreadLocal类维护了一个全局静态字段nextHashCode，每new一个ThreadLocal对象，nextHashCode都会递增0x61c88647，作为下一个ThreadLocal对象的threadLocalHashCode。

这个0x61c88647，是个神奇的数字，只要以它为递增值，那么和2的N次方取余时，在有限的次数内不会发生重复。
比如和16取余，那么在16次递增内，不会发生重复。还是写代码验证一下吧。

int hashCode = 0;
int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
int length = 16;

for(int i = 0; i < length ; i ++){
    int h = hashCode & (length - 1);
    hashCode += HASH_INCREMENT;
    System.out.println("h = " + h + ", i = " + i);
}

输出结果为：

h = 0, i = 0
h = 7, i = 1
h = 14, i = 2
h = 5, i = 3
h = 12, i = 4
h = 3, i = 5
h = 10, i = 6
h = 1, i = 7
h = 8, i = 8
h = 15, i = 9
h = 6, i = 10
h = 13, i = 11
h = 4, i = 12
h = 11, i = 13
h = 2, i = 14
h = 9, i = 15

你看，h的值在16次递增内，没有发生重复。但是要记住，2的N次方作为长度才会有这个效果，这也解释了为什么ThreadLocalMap的entry数组初始长度是16，每次都是2倍的扩容。

验证新threadLocal的get和set时回收部分无效的entry

为了验证出结果，我们需要先给ThreadLocal的nextHashCode重置一个初始值，这样在测试的时候，每个threadLocal的数组下标才会按照我们设计的思路走。

static void resetNextHashCode() throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException {
    Field nextHashCodeField = ThreadLocal.class.getDeclaredField("nextHashCode");
    nextHashCodeField.setAccessible(true);
    nextHashCodeField.set(null, new AtomicInteger(1253254570));
}

然后在测试代码里，我们先调用resetNextHashCode方法，然后加两个ThreadLocal对象并set值，gc前把强引用去除，gc后再new两个新的theadLocal对象，分别调用他们的get和set方法。
在每个关键点打印出threadLocalMap做比较。

static void testExpungeSomeEntriesWhenGetOrSet() throws InterruptedException {
    Utils.println("----------testExpungeStaleEntries----------");
    Thread thread1 = new Thread(() -> {
        try {
            resetNextHashCode();

            //注意，这里必须有两个ThreadLocal，才能验证出threadLocal1被清理
            ThreadLocal<String> threadLocal1 = new ThreadLocal<>();
            ThreadLocal<String> threadLocal2 = new ThreadLocal<>();

            threadLocal1.set("threadLocal1-value");
            threadLocal2.set("threadLocal2-value");


            Object threadLocalMap = getThreadLocalMap(Thread.currentThread());
            //set threadLocal1 unreachable
            threadLocal1 = null;
            threadLocal2 = null;
            forceGC();

            Utils.println("print threadLocalMap after gc");
            printThreadLocalMap(threadLocalMap);

            ThreadLocal<String> newThreadLocal1 = new ThreadLocal<>();
            newThreadLocal1.get();
            Utils.println("print threadLocalMap after call a new newThreadLocal1.get");
            printThreadLocalMap(threadLocalMap);

            ThreadLocal<String> newThreadLocal2 = new ThreadLocal<>();
            newThreadLocal2.set("newThreadLocal2-value");
            Utils.println("print threadLocalMap after call a new newThreadLocal2.set");
            printThreadLocalMap(threadLocalMap);


        } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }, "thread1");

    thread1.start();
    thread1.join();
    Utils.println("------------------------------------------");
}

程序输出结果为：

----------testExpungeStaleEntries----------
print threadLocalMap after gc
thread1
----threadLocals (ThreadLocalMap), table.length = 16
--------table[0] -> null
--------table[1] -> entry key = null, value = threadLocal2-value
--------table[2] -> null
--------table[3] -> null
--------table[4] -> null
--------table[5] -> null
--------table[6] -> null
--------table[7] -> null
--------table[8] -> null
--------table[9] -> null
--------table[10] -> entry key = null, value = threadLocal1-value
--------table[11] -> null
--------table[12] -> null
--------table[13] -> null
--------table[14] -> null
--------table[15] -> null
print threadLocalMap after call a new newThreadLocal1.get
thread1
----threadLocals (ThreadLocalMap), table.length = 16
--------table[0] -> null
--------table[1] -> entry key = null, value = threadLocal2-value
--------table[2] -> null
--------table[3] -> null
--------table[4] -> null
--------table[5] -> null
--------table[6] -> null
--------table[7] -> null
--------table[8] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@2b63dc81, value = null
--------table[9] -> null
--------table[10] -> null
--------table[11] -> null
--------table[12] -> null
--------table[13] -> null
--------table[14] -> null
--------table[15] -> null
print threadLocalMap after call a new newThreadLocal2.set
thread1
----threadLocals (ThreadLocalMap), table.length = 16
--------table[0] -> null
--------table[1] -> null
--------table[2] -> null
--------table[3] -> null
--------table[4] -> null
--------table[5] -> null
--------table[6] -> null
--------table[7] -> null
--------table[8] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@2b63dc81, value = null
--------table[9] -> null
--------table[10] -> null
--------table[11] -> null
--------table[12] -> null
--------table[13] -> null
--------table[14] -> null
--------table[15] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@2e93c547, value = newThreadLocal2-value
------------------------------------------

从结果上来看，

gc后table[1]和table[10]的key变成了null
new newThreadLocal1.get后，新增了table[8]，table[10]被清理了，但table[1]还在（这就是cleanSomeSlots中some的意思）
new newThreadLocal2.set后，新增了table[15]，table[1]被清理了。

验证map的size大于等于table.length的2/3时回收所有无效的entry

    static void testExpungeAllEntries() throws InterruptedException {
        Utils.println("----------testExpungeStaleEntries----------");
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            try {
                resetNextHashCode();

                int threshold = 16 * 2 / 3;
                ThreadLocal[] threadLocals = new ThreadLocal[threshold - 1];
                for(int i = 0; i < threshold - 1; i ++){
                    threadLocals[i] = new ThreadLocal<String>();
                    threadLocals[i].set("threadLocal" + i + "-value");
                }

                Object threadLocalMap = getThreadLocalMap(Thread.currentThread());

                threadLocals[1] = null;
                threadLocals[8] = null;
                //threadLocals[6] = null;
                //threadLocals[4] = null;
                //threadLocals[2] = null;
                forceGC();

                Utils.println("print threadLocalMap after gc");
                printThreadLocalMap(threadLocalMap);

                ThreadLocal<String> newThreadLocal1 = new ThreadLocal<>();
                newThreadLocal1.set("newThreadLocal1-value");
                Utils.println("print threadLocalMap after call a new newThreadLocal1.get");
                printThreadLocalMap(threadLocalMap);

            } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }, "thread1");

        thread1.start();
        thread1.join();
        Utils.println("------------------------------------------");
    }

我们先创建了9个threadLocal对象并设置了值，然后去掉了其中2个的强引用（注意这2个可不是随意挑选的）。
gc后再添加一个新的threadLocal，最后打印出最新的map。输出为：

----------testExpungeStaleEntries----------
print threadLocalMap after gc
thread1
----threadLocals (ThreadLocalMap), table.length = 16
--------table[0] -> null
--------table[1] -> entry key = null, value = threadLocal1-value
--------table[2] -> entry key = null, value = threadLocal8-value
--------table[3] -> null
--------table[4] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@60523912, value = threadLocal6-value
--------table[5] -> null
--------table[6] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@48fccd7a, value = threadLocal4-value
--------table[7] -> null
--------table[8] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@188bbe72, value = threadLocal2-value
--------table[9] -> null
--------table[10] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@19e0ebe8, value = threadLocal0-value
--------table[11] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@688bcb6f, value = threadLocal7-value
--------table[12] -> null
--------table[13] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@46324c19, value = threadLocal5-value
--------table[14] -> null
--------table[15] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@38f1283, value = threadLocal3-value
print threadLocalMap after call a new newThreadLocal1.get
thread1
----threadLocals (ThreadLocalMap), table.length = 32
--------table[0] -> null
--------table[1] -> null
--------table[2] -> null
--------table[3] -> null
--------table[4] -> null
--------table[5] -> null
--------table[6] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@48fccd7a, value = threadLocal4-value
--------table[7] -> null
--------table[8] -> null
--------table[9] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@1dae16b1, value = newThreadLocal1-value
--------table[10] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@19e0ebe8, value = threadLocal0-value
--------table[11] -> null
--------table[12] -> null
--------table[13] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@46324c19, value = threadLocal5-value
--------table[14] -> null
--------table[15] -> null
--------table[16] -> null
--------table[17] -> null
--------table[18] -> null
--------table[19] -> null
--------table[20] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@60523912, value = threadLocal6-value
--------table[21] -> null
--------table[22] -> null
--------table[23] -> null
--------table[24] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@188bbe72, value = threadLocal2-value
--------table[25] -> null
--------table[26] -> null
--------table[27] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@688bcb6f, value = threadLocal7-value
--------table[28] -> null
--------table[29] -> null
--------table[30] -> null
--------table[31] -> entry key = java.lang.ThreadLocal@38f1283, value = threadLocal3-value
------------------------------------------

从结果上看：

gc后table[1]和table[2]（即threadLocal1和threadLocal8）的key变成了null
加入新的threadLocal后，table的长度从16变成了32（因为此时的size是8，正好等于10 - 10/4，所以扩容），并且threadLocal1和threadLocal8这两个entry不见了。

如果在gc前，我们把threadLocals[1、8、6、4、2]都去掉强引用，加入新threadLocal后会发现1、8、6、4、2被清除了，但没有扩容，因为此时size是5，小于10-10/4。这个逻辑就不贴测试结果了，你可以取消注释上面代码中相关的逻辑试试。

大部分场景下，ThreadLocal对象的生命周期是和app一致的，弱引用形同虚设

回到现实中。

我们用ThreadLocal的目的，无非是在跨方法调用时更方便的线程安全地存储和使用变量。这就意味着ThreadLocal的生命周期很长，甚至和app是一起存活的，强引用一直在。

既然强引用一直存在，那么弱引用就形同虚设了。

所以在确定不再需要ThreadLocal中的值的情况下，还是老老实实的调用remove方法吧！

代码地址

https://github.com/kongxiangxin/pine/tree/master/threadlocal

ThreadLocal原理分析与代码验证

线程安全测试

原理浅析

再深入一些，ThreadLocalMap的结构

为什么是WeakReference

因为大部分情况下，线程不死

无用的entry什么时候被回收？

entry数组的下标如何确定？

验证新threadLocal的get和set时回收部分无效的entry

验证map的size大于等于table.length的2/3时回收所有无效的entry

大部分场景下，ThreadLocal对象的生命周期是和app一致的，弱引用形同虚设

代码地址

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