ThreadLocal变量存储的实际原理与线程安全原因

每个线程都有自己的本地变量：ThreadLocalMap，而线程的ThreadLocalMap统一由ThreadLocal管理。当一个线程使用ThreadLocal的时候，ThreadLocal会帮该线程初始化ThreadLocalMap（为什么是单独为该线程初始化的呢？继续看下面）：

private T setInitialValue() {
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)//如果线程目前已经有ThreadLocalMap，那么直接保存变量
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);//否则帮助线程实例化一个ThreadLocalMap，并且value=null，T value = initialValue();因为initialValue返回null。
return value;
}

让我们看下createMap的方法：

void createMap(Thread t, T firstValue) {
//这几句代码好明显是为线程t单独创建ThreadLocalMap的，这是线程的本地变量。另外entry[]数组的key利用了一个神奇数字（0x61c88647）和2^n次方做位与，完美的解决数组下标（地址）冲突问题。另外，在计算nextHashCode时，采用底层的方法：unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update)完美的实现乐观锁，保证修改数据正确。这完美实现线程安全了。
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

另外，在操作ThreadLocal设置ThreadLocalMap变量中的value时，ThreadLocal一样也会重复检查该线程是否拥有实例化的ThreadLocalMap。
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
在设置ThreadLocalMap的value之前，最重要的一步是：它会帮忙检查哪些ThreadLocalMap为null，并且通过方法replaceStaleEntry()和方法cleanSomeSlots()移除null的ThreadLocalMap，并且压缩ThreadLocal维护的Entry链表数组（Entry底层是一个单链表，ThreadLocal使用Entry[]存储每个线程的ThreadLocalMap）。

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)//注意：当压缩前的数组长度被占满threshold（2/3的entry[]长度）,就会触发压缩entry[]数组，将值为null的ThreadLocalMap移除。即调用rehash()方法。
rehash();
}

经过rehash()之后，还会对entry[]元素长度进行判断。

if (size >= threshold - threshold / 4)//如果这是还是大于3/4的threshold ，那么，就将entry[]的长度原来的两倍。
resize();

最后再将threshold 设置为2/3的entry[]长度。