理解Android之ThreadLocal

引言

我们知道在android上，主要利用了Handle实现了线程之间的消息通信。在Handle消息机制中有个很重要的类ThreadLocal，理解ThreadLocal有助于我们更深入的理解Handle通信机制。

android上的ThreadLocal跟java jdk上的实现方式有点不一样，但是它们的功能都是一致的，下面我会用android上的ThreadLocal跟大家进行分析。

ThreadLocal是什么？

要了解一个类，那必须先看它的类注释

Implements a thread-local storage, that is, a variable for which each thread has its own value. All threads share the same ThreadLocal object, but each sees a different value when accessing it, and changes made by one thread do not affect the other threads. The implementation supports null values.

根据上面的意思，简单的说ThreadLocal就是一个供线程保存数据的存储类，但是它可以使各个线程保存在同一个ThreadLocal对象里的数据互不干扰，一个线程修改ThreadLocal里的数据并不会影响其他线程所存储的数据。

感觉用文字描述好乏力啊，还是看看下面的小例子吧。

首先我们先实例化一个存储String类型数据的ThreadLocal

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

然后再定义两个线程类

 class MyThread1 extends Thread {        @Override        public void run() {            threadLocal.set("MyThread1 data");            Log.i(TAG, getName() + "  " + threadLocal.get());        }    }    class MyThread2 extends Thread {        @Override        public void run() {            Log.i(TAG, getName() + "  " + threadLocal.get());            threadLocal.set("MyThread2 data");            Log.i(TAG, getName() + "  " + threadLocal.get());        }    }

然后再启动这两个线程

new MyThread1().start();Thread.sleep(1000);new MyThread2().start();   

输出结果如下

在上面的例子中两个线程都是使用同一个threadLocal实例，利用ThredLocal的set和get方法对数据进行存储和获取，在MyThread1中存入数据，在MyThread2并没有获取到，而只有在本线程进行存储的数据，才可以在本线程获取，其他线程无法获取，这保证了线程之间存储的数据不会互相干扰，这就是Threadlocal的神奇之处。

为什么ThreadLocal可以为根据不同的线程对数据进行区分呢？接下我们就要为分析下ThreadLocal到底是如何实现的。

ThreadLocal源码分析

ThreadLocal类里面包含了一个静态内部类Values，以及提供了几个公共的方法set、get、remove，我们根据这个几方法进行分析。

构造方法

 public ThreadLocal() {}

没和初始化任何东西，很简单的一个无参构造方法。

set方法

set方法可以为当前线程保存一个变量到ThreadLocal中，且这个值可以为null。

ThreadLocal

 public void set(T value) {        Thread currentThread = Thread.currentThread();        Values values = values(currentThread);        if (values == null) {            values = initializeValues(currentThread);        }        values.put(this, value);}Values values(Thread current) {        return current.localValues;}Values initializeValues(Thread current) {        return current.localValues = new Values();}

set方法中代码首先获取当前线程currentThread ,并传递给values方法，values方法返回了Thread类的一个成员变量localValues。

Thread

public class Thread implements Runnable {  //...  ThreadLocal.Values localValues;  //...}

因为返回的localValues为null，所以我们对它进行实例化(initializeValues)，然后localValues(values)变量通过put方法把值进行存储。

通过上面简单的分析，我们知道每个线程都有一个ThreadLocal.Values类型的成员变量localValues，利用ThreadLocal的set方法进行存储，本质上是把该数据存储到本线程中的localValues变量上，这样就保证了不同线程存储的数据可以互不干扰，因为数据是保存在自己的线程变量中的。

ThreadLocal.Values

localValues类型是ThreadLocal.Values，那它到底是一个怎么样的类呢，我们继续往下探索。

ThreadLocal.Values

static class Values {        private static final int INITIAL_SIZE = 16;        private Object[] table;        private int mask;        private int size;        private int maximumLoad;       //...       Values() {            initializeTable(INITIAL_SIZE);            this.size = 0;            this.tombstones = 0;        }        private void initializeTable(int capacity) {            this.table = new Object[capacity * 2];            this.mask = table.length - 1;            this.clean = 0;            this.maximumLoad = capacity * 2 / 3; // 2/3        }          //...}

Values是ThreadLocal的静态内部类，被设计用来保存线程变量的容器，它里面有个table数组，在构造方法会为该数组分配空间，而我们要存入的数据就是方在这个数组中的。

通过ThreadLocal的set的分析，知道set最终调用的是ThreadLocal.Values的put方法，如下：

ThreadLocal.Values#put

void put(ThreadLocal<?> key, Object value) {            cleanUp();            // Keep track of first tombstone. That's where we want to go back            // and add an entry if necessary.            int firstTombstone = -1;            for (int index = key.hash & mask;; index = next(index)) {                Object k = table[index];                if (k == key.reference) {                    // Replace existing entry.                    table[index + 1] = value;                    return;                }                if (k == null) {                    if (firstTombstone == -1) {                        // Fill in null slot.                        table[index] = key.reference;                        table[index + 1] = value;                        size++;                        return;                    }                    // Go back and replace first tombstone.                    table[firstTombstone] = key.reference;                    table[firstTombstone + 1] = value;                    tombstones--;                    size++;                    return;                }                // Remember first tombstone.                if (firstTombstone == -1 && k == TOMBSTONE) {                    firstTombstone = index;                }            }        }

在上面的代码中通过该ThreadLocal对象的hash值来定位相应的的索引，如果该索引的值与key.reference是同一个对象，那么就把value放到table[index + 1]中。

key.referece到底是什么呢，见如下：

ThreadLocal#reference

public class ThreadLocal<T> {  //... private final Reference<ThreadLocal<T>> reference            = new WeakReference<ThreadLocal<T>>(this);//...}

referece其实是ThreadLocal对象本身的弱引用，使用弱引用可以保证ThreadLocal对象可以得到释放，而不会因table数组的持有导致无法释放资源。

继续put方法中的代码，如果table[index]返回的是null,那么我们就把key.reference和value都放入table数组中，这里的算法我不详细讲解，我们只要记住table数组不仅存储了我们要存入的变量，也存储了当前ThreadLocal的弱引用，如果弱引用存储的位置为 table[index]，那么变量存储的位置就为table[index + 1]。在这里我也可以知道，如果有个多个ThreadLocal实例在线程中存储数据，那么这些实例的弱引用和数据都会存储在此table数组中，并且这些数据不会相互干扰。

简单的探索完了ThreadLocal.Vaules类后，我们继续探索ThreadLocal.get方法

get方法

get方法可以获取当线程所存储的变量，如果没有则返回null,源码如下：

ThreadLocal#get

public T get() {        // Optimized for the fast path.        Thread currentThread = Thread.currentThread();        Values values = values(currentThread);        if (values != null) {            Object[] table = values.table;            int index = hash & values.mask;            if (this.reference == table[index]) {                return (T) table[index + 1];            }        } else {            values = initializeValues(currentThread);        }        return (T) values.getAfterMiss(this);}

上面的代码 首先去获取当前线程的localValues变量，如果localValues不为空，那么就根据hash值获取当前ThreadLocal对象的索引index，然后返回的table[index + 1]就是我们所存储的值，是不是跟上面分析put中存储的数据的下标index + 1一样？如果返回为null，那么我们实例化一个新的values值，然后执行values的getAfterMiss(this)方法。

Valuse#getAfterMiss

Object getAfterMiss(ThreadLocal<?> key) {            Object[] table = this.table;            int index = key.hash & mask;            // If the first slot is empty, the search is over.            if (table[index] == null) {                Object value = key.initialValue();          // If the table is still the same and the slot is still empty...                if (this.table == table && table[index] == null) {                    table[index] = key.reference;                    table[index + 1] = value;                    size++;                    cleanUp();                    return value;                }                // The table changed during initialValue().                put(key, value);                return value;            }             //...}

因为新实例化后的values 中table数组里面并没有数据，所以table[index]为null,然后把value值设置为initialValue()，见如下

ThreadLocal#initialValue

    protected T initialValue() {        return null;    }

然后把当前的ThreadLocal弱引用和value(null)值，存入table数组中，并返回value(null)。这也验证了如果没有之前存储变量，get方法返回的默认值为null。

get方法与set方法是相对应的，通过上面的分析我们可以知道get方法其实获取的还是各自线程中的localValues变量中的值，每个线程对应的localValues内容不一样，获取的值当然会不一样。

remove方法

remove方法的作用其实就是移除存储的数据，把table数组中原本存储的数据置为null，具体是实现方法和上面的一致，我这里就不再进行分析了。

总结：

ThreadLocal 的set、get、remove方法都是针对当前线程的localValuse变量中的table数组进行操作的，因此保证了不同线程对一同个ThreadLocal实例进行数据操作的时候不会互相干扰。在Android中有个地方用到了ThreadLocal，那就是Looper，因为Looper的作用域就是线程，每个线程都有各自的Looper，所以系统把这些Looper都通过ThreadLocal进行存储，便于系统的管理和调度，省去了建立全局存储的麻烦。