通过Handler来了解ThreadLocal的使用和原理分析

ThreadLocal是什么

ThreadLocal一般称为线程本地变量,它是一种特殊的线程绑定机制,将变量与线程绑定在一起,为每一个线程维护一个独立的变量副本。通过ThreadLocal可以将对象的可见范围限制在同一个线程内。

ThreadLocal用法和原理

ThreadLocal提供了4个公共的方法
1、ThreadLocal.get: 获取ThreadLocal中当前线程共享变量的值。
2、ThreadLocal.set: 设置ThreadLocal中当前线程共享变量的值。
3、ThreadLocal.remove: 移除ThreadLocal中当前线程共享变量的值。
4、ThreadLocal.initialValue: ThreadLocal没有被当前线程赋值时或当前线程调用remove方法后调用get方法,返回此方法值。
我们通过Handler的源码来分析下ThreadLocal的使用和原理,上代码:

 public static @Nullable Looper myLooper() {
        return sThreadLocal.get();
    }

  private static void prepare(boolean quitAllowed) {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
    }

在handler中的上述两个方法中,使用了ThreadLocal的get和set方法,这也就是为什么能够保证一个线程中始终只有一个Looper对象,这样防止了数据的脏读,即防止当前线程访问到其他线程的数据。我们先从set方法的源码看起

public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        //通过当前线程获取ThreadLocalMap ,
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
        //map的key是ThreadLocal,value为Looper
            map.set(this, value);
        else
       //map为null时创建map
            createMap(t, value);
    }

先来看看getMap()方法做了什么

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

上述代码可以看出,在Thread中维护了一个 ThreadLocal.ThreadLocalMap对象
再来看createMap

 void createMap(Thread t, T firstValue) {
        t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
    }

上述代码不需解释,接下来看看get方法

 public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            //在set方法中我们看到,map的key是ThreadLocal,所以这里通过ThreadLocal来获取map中的value,这行代码可以看出Looper被包装在了ThreadLocalMap.Entry中
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                //Entry中的value即为Looper
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        return setInitialValue();
    }

如果map为null,看这里setInitialValue

private T setInitialValue() {
        //这里即是ThreadLocal没有被当前线程赋值时或当前线程调用remove方法后调用initialValue
        T value = initialValue();
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
        return value;
    }

这里总结一下Thread,ThreadLocal和ThreadLocalMap三者之间的关系
一个Thread中只有一个ThreadLocalMap,一个ThreadLocalMap中可以有多个ThreadLocal对象(ThreadLocal为map的key),其中一个ThreadLocal对象对应一个ThreadLocalMap中的一个Entry。

接下来我们看下ThreadLocalMap.Entry

 static class ThreadLocalMap {

        /**
         * The entries in this hash map extend WeakReference, using
         * its main ref field as the key (which is always a
         * ThreadLocal object).  Note that null keys (i.e. entry.get()
         * == null) mean that the key is no longer referenced, so the
         * entry can be expunged from table.  Such entries are referred to
         * as "stale entries" in the code that follows.
         */
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
            Object value;

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

我们看到Entry是静态内部类,这样的好处的是防止持有外部类的引用而引起的内存泄漏,接着Entry 继承了WeakReference,即弱引用对象,将map的key即ThreadLocal对象变成一个弱引用的对象

最后我们看看ThreadLocalMap底层是什么数据结构

   ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
            //是一个初始长度为16的Entry数组
            table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
            //自己实现了如何从 key 到 value 的映射
            int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
            table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
            size = 1;
            setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
        }

使用一个 static 的原子属性 AtomicInteger nextHashCode,通过每次增加 HASH_INCREMENT = 0x61c88647 ,然后 & (INITIAL_CAPACITY - 1) 取得在数组 private Entry[] table 中的索引。

public class ThreadLocal<T> {
    /**
     * ThreadLocals rely on per-thread linear-probe hash maps attached
     * to each thread (Thread.threadLocals and
     * inheritableThreadLocals).  The ThreadLocal objects act as keys,
     * searched via threadLocalHashCode.  This is a custom hash code
     * (useful only within ThreadLocalMaps) that eliminates collisions
     * in the common case where consecutively constructed ThreadLocals
     * are used by the same threads, while remaining well-behaved in
     * less common cases.
     */
    private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();

    /**
     * The next hash code to be given out. Updated atomically. Starts at
     * zero.
     */
    private static AtomicInteger nextHashCode =
        new AtomicInteger();

    /**
     * The difference between successively generated hash codes - turns
     * implicit sequential thread-local IDs into near-optimally spread
     * multiplicative hash values for power-of-two-sized tables.
     */
    private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;

    /**
     * Returns the next hash code.
     */
    private static int nextHashCode() {
        return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);

上述key至value的映射作者也不甚明了,简单说来ThreadLocalMap是一个类似HashMap的集合,只不过自己实现了寻址,也没有HashMap中的put方法,而是set方法等区别。

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