数据结构

ThreadLocalMap 是 ThreadLocal 的静态内部类，它内部维护了一个 Entry 数组，key 是 ThreadLocal 对象，value 是线程的局部变量本身。
三分恶面渣逆袭：ThreadLoca结构图

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

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

可以看到，这里的 Entry 继承了 WeakReference，它限定了 key 是一个弱引用，弱引用的好处是当内存不足时，JVM 会回收 ThreadLocal 对象，并且将其对应的 Entry 的 value 设置为 null，这样在很大程度上可以避免内存泄漏。

弱引用需要用 java.lang.ref.WeakReference 类来实现，它比软引用的生存期更短，对于只有弱引用的对象来说，只要垃圾回收机制一运行，不管 JVM 的内存空间是否足够，都会回收该对象占用的内存。

内存泄露

三分恶面渣逆袭：ThreadLocal内存分配
假如你在一个方法中使用了 ThreadLocal

ThreadLocal<String> t1 = new ThreadLocal<>();
String s = t1.get();

这里 t1 指向创建的 ThreadLocal，当这个方法执行完，t1 被销毁，所以 ThreadLocal 左边的箭头断掉了，当触发 gc 时，由于 key 是弱引用，key 指向 ThreadLocal 的箭头也会断掉，这样创建的 ThreadLocal 对象就会被回收，就导致了 key 为 null，但是由于 value 是强引用，没被回收，这就代表无法获取到这个 value 了，这就是内存泄漏

通常情况下，随着线程 Thread 的结束，其内部的 ThreadLocalMap 也会被回收，从而避免了内存泄漏。

但如果一个线程一直在运行，并且其 ThreadLocalMap 中的 Entry.value 一直指向某个强引用对象，那么这个对象就不会被回收，从而导致内存泄漏。当 Entry 非常多时，可能就会引发更严重的内存溢出问题。
所以最好的方式就是使用完后调用remove(),remove() 方法会将当前线程的 ThreadLocalMap 中的所有 key 为 null 的 Entry 全部清除，这样就能避免内存泄漏问题。

ThreadLocal<String> t1 = null;
try {
    t1 = new ThreadLocal<>();
    String s = t1.get();
} finally {
    t1.remove();
}

源码

get 方法

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();
}

通过 getMap 方法传入当前线程作为实参

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

这里的 t.threadLocals 就是 Thread 内部的成员变量ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
调用map.getEntry()传入当前 ThreadLocal 对象

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);
}

首先会找到传入的 ThreadLocal 对象的下标，这里的 threadLocalHashCode 计算有点东西，每创建一个 ThreadLocal 对象，它就会新增0x61c88647，这个值很特殊，它是斐波那契数也叫黄金分割数。hash 增量为这个数字，带来的好处就是 hash 分布非常均匀。
如果e为空或者e.get() != key当就调用getEntryAfterMiss方法

private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;

    while (e != null) {
        ThreadLocal<?> k = e.get();
        if (k == key)
            return e;
        if (k == null)
            expungeStaleEntry(i);
        else
            i = nextIndex(i, len);
        e = tab[i];
    }
    return null;
}

这个方法的形参是当前 ThreadLocal 对象、其下标、下标对应的 Entry
进入一个循环：

通过e获取 key
如果这个 key 和传入的 key 相等，就返回这个 e，
如果这个 key 为空，就需要回收这个 key 对应的 value，进入expungeStaleEntry(i)方法，
否则通过nextIndex(i, len)更新下标 i，实际就是加 1 或者置为 0（这是因为其解决 hash 冲突是通过开放定址法）
最后，更新 e。

对于expungeStaleEntry方法

private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;

            // expunge entry at staleSlot
            tab[staleSlot].value = null;
            tab[staleSlot] = null;
            size--;

            // Rehash until we encounter null
            Entry e;
            int i;
            for (i = nextIndex(staleSlot, len);
                 (e = tab[i]) != null;
                 i = nextIndex(i, len)) {
                ThreadLocal<?> k = e.get();
                if (k == null) {
                    e.value = null;
                    tab[i] = null;
                    size--;
                } else {
                    int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
                    if (h != i) {
                        tab[i] = null;

                        // Unlike Knuth 6.4 Algorithm R, we must scan until
                        // null because multiple entries could have been stale.
                        while (tab[h] != null)
                            h = nextIndex(h, len);
                        tab[h] = e;
                    }
                }
            }
            return i;
        }

这个方法会从 staleSlot+1 开始处理，遇到空的槽位就退出循环，循环过程中，如果当前槽位的 key 为 null，就把这个槽位的 value 置为 null，size–，否则就看当前槽位的 key 的散列值等不等于下标，不等于就移动到正确的位置上去，函数的返回值就是遍历过程中遇到的第一个为空的槽位的下标，让 ai 重述一下

函数确实从 staleSlot 之后的第一个槽位开始处理（即 nextIndex(staleSlot, len)），目的是检查并处理可能因哈希冲突而受影响的后续条目。
当循环遇到数组中的空槽（即 tab[i] == null）时，循环结束，此时返回的 i 即为第一个遇到的空槽的索引。
在循环内，如果发现当前条目（Entry e）的键为 null，表明该条目也已过期，这时会将该条目的 value 设为 null，并将条目整体设为 null，同时减少表的大小(size–)。
对于键不为 null 的条目，函数会根据其键的哈希值确定其在理想情况下的位置（h = k.threadLocalHashCode & (len - 1)）。如果这个计算出的位置 h 与当前条目的实际位置 i 不同，说明该条目因之前的哈希冲突未放在正确位置，这时会将当前位置设为 null，并通过循环查找下一个空位，然后将条目移动到这个正确的空位上。
最终，函数返回的 i 不仅标志着循环终止的位置，还意味着从 staleSlot 到返回的索引之间的所有槽位都已被检查并处理过过期条目。

总结

如果当前 ThreadLocal 等于算出的第一个下标上的 key，那么就直接返回，如果不相等或者 key 为 null，就进入getEntryAfterMiss方法

在getEntryAfterMiss的循环中，如果通过开放定址法找到了匹配的 key，就直接返回，如果循环中遇到了为 null 的 key，就进入expungeStaleEntry方法，如果遇到了空的 tab[i]，就返回退出循环返回 null

expungeStaleEntry会在遇到第一个为空的槽位之前，清理过期的 key，既把当前槽位的 value((e = tab[i]).value)、当前槽位置为 null(tab[i])，并且会重新计算每个节点的散列值，将其移动到正确的下标上。

set 方法

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

本质是调用ThreadLocalMap的 set 方法

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();
        }

首先计算当前 ThreadLocal 对象的散列值，即下标，进入循环

获取当前e对应的 key，如果这个 key 等于我们传入的 ThreadLocal 对象，那么就进行赋值并 return
如果当前e对应的 key 为空，则进入replaceStaleEntry(key, value, i)方法
如果一开始算出的下标对应的槽位为空，即 e == null，那么就不会进入循环，而是直接赋值tab[i] = new Entry(key, value)，让数组大小++
最后，进入cleanSomeSlots(i, sz)方法，如果cleanSomeSlots返回 true，代表清理了过期 key，返回 false，判断当前 size 是不是大于等于阈值(2/3 *len）,true，就进入 rehash。