#### 10.2.1 ThreadLocal的工作原理 [ThreadLocal](https://www.androidos.net.cn/android/6.0.1_r16/xref/libcore/luni/src/main/java/java/lang/ThreadLocal.java)是一個**線程內部的數據存儲類**，通過它可以**在指定的線程中存儲數據，數據存儲以后，只有在指定線程中可以獲取到存儲的數據，對于其他線程來說則無法獲取到數據**。 * [ ] **ThreadLocal的使用場景** 在日常開發中用到ThreadLocal的地方較少，但是在某些特殊的場景下，通過ThreadLocal可以輕松地實現一些看起來很復雜的功能，這一點在Android的源碼中也有所體現，比如Looper、ActivityThread以及AMS中都用到了ThreadLocal。具體到ThreadLocal的使用場景，這個不好統一來描述，**一般來說，當某些數據是以線程為作用域并且不同線程具有不同的數據副本的時候，就可以考慮采用ThreadLocal**。比如*對于Handler來說，它需要獲取當前線程的Looper，很顯然Looper的作用域就是線程并且不同線程具有不同的Looper，這個時候通過ThreadLocal就可以輕松實現Looper在線程中的存取。如果不采用ThreadLocal，那么系統就必須提供一個全局的哈希表供Handler查找指定線程的Looper，這樣一來就必須提供一個類似于LooperManager的類了，但是系統并沒有這么做而是選擇了ThreadLocal，這就是ThreadLocal的好處*。 **ThreadLocal另一個使用場景是復雜邏輯下的對象傳遞**，比如*監聽器的傳遞，有些時候一個線程中的任務過于復雜，這可能表現為函數調用棧比較深以及代碼入口的多樣性，在這種情況下，我們又需要監聽器能夠貫穿整個線程的執行過程，這個時候可以怎么做呢？其實這時就可以采用ThreadLocal，采用ThreadLocal可以讓監聽器作為線程內的全局對象而存在，在線程內部只要通過get方法就可以獲取到監聽器*。 如果不采用ThreadLocal，那么我們能想到的可能是如下兩種方法： * 第一種方法是將監聽器通過參數的形式在函數調用棧中進行傳遞， * 第二種方法就是將監聽器作為靜態變量供線程訪問。 上述**這兩種方法都是有局限性的**。 * 第一種方法的問題是當函數調用棧很深的時候，通過函數參數來傳遞監聽器對象這幾乎是不可接受的，這會讓程序的設計看起來很糟糕。 * 第二種方法是可以接受的，但是這種狀態是不具有可擴充性的，比如同時有兩個線程在執行，那么就需要提供兩個靜態的監聽器對象，如果有10個線程在并發執行呢？提供10個靜態的監聽器對象？這顯然是不可思議的，而**采用ThreadLocal，每個監聽器對象都在自己的線程內部存儲，根本就不會有方法2的這種問題**。 * [ ] **ThreadLocal的示例** 介紹了那么多ThreadLocal的知識，可能還是有點抽象，下面通過實際的例子來演示ThreadLocal的真正含義。首先定義一個ThreadLocal對象，這里選擇Boolean類型的，如下所示。 ``` private ThreadLocal<Boolean> mBooleanThreadLocal = new ThreadLocal<Boolean>(); ``` 然后分別在主線程、子線程1和子線程2中設置和訪問它的值，代碼如下所示。 ``` mBooleanThreadLocal.set(true); Log.d(TAG, "[Thread#main]mBooleanThreadLocal=" + mBooleanThreadLocal.get()); new Thread("Thread#1") { @Override public void run() { mBooleanThreadLocal.set(false); Log.d(TAG, "[Thread#1]mBooleanThreadLocal=" + mBooleanThreadLocal. get()); }; }.start(); new Thread("Thread#2") { @Override public void run() { Log.d(TAG, "[Thread#2]mBooleanThreadLocal=" + mBooleanThreadLocal. get()); }; }.start(); ``` 在上面的代碼中，在主線程中設置mBooleanThreadLocal的值為true，在子線程1中設置mBooleanThreadLocal的值為false，在子線程2中不設置mBooleanThreadLocal的值。然后分別在3個線程中通過get方法獲取mBooleanThreadLocal的值，根據前面對ThreadLocal的描述，這個時候，**主線程中應該是true，子線程1中應該是false，而子線程2中由于沒有設置值，所以應該是null**。安裝并運行程序，日志如下所示。 ``` D/TestActivity(8676): [Thread#main]mBooleanThreadLocal=true D/TestActivity(8676): [Thread#1]mBooleanThreadLocal=false D/TestActivity(8676): [Thread#2]mBooleanThreadLocal=null ``` 從上面日志可以看出，**雖然在不同線程中訪問的是同一個ThreadLocal對象，但是它們通過ThreadLocal獲取到的值卻是不一樣的**，這就是ThreadLocal的奇妙之處。結合這個例子然后再看一遍前面對ThreadLocal的兩個使用場景的理論分析，我們應該就能比較好地理解ThreadLocal的使用方法了。**ThreadLocal之所以有這么奇妙的效果，是因為不同線程訪問同一個ThreadLocal的get方法，ThreadLocal內部會從各自的線程中取出一個數組，然后再從數組中根據當前ThreadLocal的索引去查找出對應的value值**。很顯然，**不同線程中的數組是不同的，這就是為什么通過ThreadLocal可以在不同的線程中維護一套數據的副本并且彼此互不干擾**。 * [ ] **ThreadLocal的內部實現** 對ThreadLocal的使用方法和工作過程做了介紹后，下面分析**ThreadLocal的內部實現**，**ThreadLocal是一個泛型類**，它的定義為`public class ThreadLocal<T>`，只要弄清楚ThreadLocal的get和set方法就可以明白它的工作原理。 首先看ThreadLocal的set方法，如下所示。 ``` public void set(T value) { Thread currentThread = Thread.currentThread(); //獲取當前線程 Values values = values(currentThread); //查找當前線程的本地儲存區 if (values == null) { //當線程本地存儲區，尚未存儲該線程相關信息時，則創建Values對象 values = initializeValues(currentThread); } //保存數據value到當前線程this values.put(this, value); } ``` 在上面的set方法中，**首先會通過values方法來獲取當前線程中的ThreadLocal數據**，如何獲取呢？其實獲取的方式也是很簡單的，**在Thread類的內部有一個成員專門用于存儲線程的ThreadLocal的數據：`ThreadLocal.Values localValues`，因此獲取當前線程的ThreadLocal數據就變得異常簡單了。如果`localValues`（其實就是`ThreadLocal.Values`）的值為null，那么就需要對其進行初始化，初始化后再將ThreadLocal的值進行存儲**。 下面**看一下ThreadLocal的值到底是如何在localValues中進行存儲的。在localValues內部有一個數組：private Object[] table, ThreadLocal的值就存在在這個table數組中**。 下面看一下localValues是如何使用put方法將ThreadLocal的值存儲到table數組中的，如下所示。 ``` 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; } } } ``` 上面的代碼**實現了數據的存儲過程，這里不去分析它的具體算法**，但是我們可以得出一個存儲規則，那就是**ThreadLocal的值在table數組中的存儲位置總是為ThreadLocal的reference字段所標識的對象的下一個位置**，比如ThreadLocal的reference對象在table數組中的索引為index，那么ThreadLocal的值在table數組中的索引就是`index+1`。最終ThreadLocal的值將會被存儲在table數組中：`table[index + 1] = value`。 上面分析了ThreadLocal的set方法，這里**分析它的get方法**，如下所示。 ``` @SuppressWarnings("unchecked") public T get() { Thread currentThread = Thread.currentThread(); //獲取當前線程 Values values = values(currentThread); //查找當前線程的本地儲存區 if (values != null) { Object[] table = values.table; int index = hash & values.mask; if (this.reference == table[index]) { return (T) table[index + 1]; //返回當前線程儲存區中的數據 } } else { //創建Values對象 values = initializeValues(currentThread); } return (T) values.getAfterMiss(this); //從目標線程存儲區沒有查詢是則返回null } ``` 可以發現，ThreadLocal的get方法的邏輯也比較清晰，它同樣是取出當前線程的local-Values對象，如果這個對象為null那么就返回初始值，初始值由ThreadLocal的`initializeValues`方法來描述，默認情況下為null，當然也可以重寫這個方法，它的默認實現如下所示。 ``` /** * Creates Values instance for this thread and variable type. */ Values initializeValues(Thread current) { return current.localValues = new Values(); } ``` **如果localValues對象不為null，那就取出它的table數組并找出ThreadLocal的reference對象在table數組中的位置，然后table數組中的下一個位置所存儲的數據就是ThreadLocal的值**。 **從ThreadLocal的set和get方法可以看出，它們所操作的對象都是當前線程的localValues對象的table數組，因此在不同線程中訪問同一個ThreadLocal的set和get方法，它們對ThreadLocal所做的讀/寫操作僅限于各自線程的內部，這就是為什么ThreadLocal可以在多個線程中互不干擾地存儲和修改數據**，理解ThreadLocal的實現方式有助于理解Looper的工作原理。 ThreadLocal的get()和set()方法操作的類型都是泛型，接著回到前面提到的sThreadLocal變量，其定義如下： ``` static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal() ``` 可見sThreadLocal的get()和set()操作的類型都是Looper類型。 參考文章：[Android消息機制](http://gityuan.com/2015/12/26/handler-message-framework/#21-prepare)