面试题：Java中ThreadLocal的基本原理是什么

Question

请阐述Java中ThreadLocal的基本原理，包括它是如何实现线程隔离的，以及在多线程环境下其存储结构和数据访问机制是怎样的。

Answer 1

1. ThreadLocal基本原理

ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，每个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。

2. 实现线程隔离的方式

• 内部数据结构：ThreadLocal内部通过一个ThreadLocalMap来存储每个线程的变量副本。每个Thread对象内部都有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的成员变量threadLocals，当通过ThreadLocal的set方法设置值时，实际上是往当前线程的threadLocals这个ThreadLocalMap中存入键值对，键为当前ThreadLocal实例，值为设置的变量副本。
• 线程访问独立：不同线程访问同一个ThreadLocal实例的get方法时，会从各自线程的threadLocalMap中获取对应的值，因此各个线程之间的变量副本相互隔离，互不干扰。

3. 多线程环境下的存储结构

• ThreadLocalMap：它是ThreadLocal的内部静态类，采用类似HashMap的结构，但与HashMap不同，它没有继承自任何Map接口。ThreadLocalMap以ThreadLocal实例作为键，以设置的变量副本作为值。它使用开放地址法（而不是链表法）来解决哈希冲突。
• Entry类：ThreadLocalMap中的每个元素是一个Entry对象，Entry继承自WeakReference<ThreadLocal<?>>，即键（ThreadLocal实例）是弱引用。这样设计的目的是当ThreadLocal对象没有强引用指向它时，在下一次垃圾回收时，键（ThreadLocal实例）会被回收，避免内存泄漏。

4. 数据访问机制

• set方法：当调用ThreadLocal的set方法时，首先获取当前线程的ThreadLocalMap，如果不存在则创建一个。然后以当前ThreadLocal实例为键，要设置的值为值，将键值对存入ThreadLocalMap中。
• get方法：调用get方法时，同样先获取当前线程的ThreadLocalMap，然后以当前ThreadLocal实例为键从ThreadLocalMap中获取对应的值。如果获取的值为null，且当前ThreadLocal实例有设置初始值的逻辑（重写了initialValue方法），则会调用initialValue方法初始化值，并将其存入ThreadLocalMap。
• remove方法：调用remove方法时，会从当前线程的ThreadLocalMap中移除以当前ThreadLocal实例为键的键值对，有助于避免内存泄漏。