Android源码解析Handler系列第（二）篇--- ThreadLocal详解

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在上篇文章Android源码解析Handler系列第（一）篇说了Message的内部维持的全局池机制。这一篇仍然是准备知识，因为在Handler中有ThreadLocal的身影，大家知道，Handler创建的时候会采用当前线程的Looper来构造消息循环系统，那么Handler内部如何获取到当前线程的Looper呢？这就要使用ThreadLocal了，ThreadLocal可以在不同的线程之中互不干扰地存储并提供数据，通过ThreadLocal可以轻松获取每个线程的Looper，所以，ThreadLocal是理解Looper的关键之一。

先看一下官方对这个类的解释

/**
 * Implements a thread-local storage, that is, a variable for which each thread
 * has its own value. All threads share the same {@code 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
 * {@code null} values.
 *
 * @see java.lang.Thread                                                                                                                                                                                                                                                                                   
 * @author Bob Lee
 */

大概意思就是说：实现了一个线程本地存储，也就是说，每个线程的一个变量，有自己的值。所有线程共享同一个 ThreadLocal对象，但每个线程访问它时，看到一个不同的值，如果一个线程改变了这个值，不影响其他线程，ThreadLocal支持NULL值。理解好费劲，只能说我翻译的太差！

重新解释一下：当工作于多线程中的对象使用ThreadLocal 维护变量时，ThreadLocal 为每个使用该变量的线程分配一个独立的变量副本。每个线程独立改变自己的副本，而不影响其他线程所对应的变量副本。这就是它的基本原理，ThreadLocal主要的 API很简单。

public void set(T value)：将值放入线程局部变量中

public T get()：从线程局部变量中获取值

public void remove()：从线程局部变量中移除值（有助于 JVM 垃圾回收）

protected T initialValue()：返回线程局部变量中的初始值（默认为 null）

ThreadLocal为各个线程保存一个变量副本，这句话是关键，怎么理解？先来一个简单的DEMO

public class ThreadLocalTest {
  
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
        
        ThreadLocal mBooleanThreadLocal=new ThreadLocal(){
            
            @Override
            protected Boolean initialValue() {
            
                //初始值是false
                return false;
            }
        };
        mBooleanThreadLocal.set(true);
    
        System.out.println("[Thread#main]mBooleanThreadLocal=" +mBooleanThreadLocal.hashCode()+"  "+ mBooleanThreadLocal.get());

        new Thread("Thread#1") {
            @Override
            public void run() {
                mBooleanThreadLocal.set(false);
                System.out.println( "[Thread#1]mBooleanThreadLocal="+mBooleanThreadLocal.hashCode() +"  "+ mBooleanThreadLocal.get());
            };
        }.start();

        new Thread("Thread#2") {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println( "[Thread#2]mBooleanThreadLocal="+mBooleanThreadLocal.hashCode() + "  "+mBooleanThreadLocal.get());
            };
        }.start();
    }
}

输出结果：

[Thread#main]mBooleanThreadLocal=366712642      true
[Thread#1]mBooleanThreadLocal=366712642      false
[Thread#2]mBooleanThreadLocal=366712642      false

在上面的代码中，在主线程中设置mBooleanThreadLocal的值为true，在子线程1中设置mBooleanThreadLocal的值为false，在子线程2中不设置mBooleanThreadLocal的值，然后分别在3个线程中通过get方法去mBooleanThreadLocal的值，所以，主线程中应该是true，子线程1中应该是false，而子线程2中由于没有设置值，所以应该是初始值false。

再看一个DEMO

public class ThreadLocalTest {
        
        //创建一个Integer型的线程本地变量
    public static final ThreadLocal local = new ThreadLocal() {
        @Override
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        }
    };
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread[] threads = new Thread[5];
        for (int j = 0; j < 5; j++) {       
               threads[j] = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                     //获取当前线程的本地变量，然后累加5次
                    int num = local.get();
                    for (int i = 0; i < 5; i++) {
                        num++;
                    }
                                        //重新设置累加后的本地变量
                    local.set(num);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : "+ local.get());

                }
            }, "Thread-" + j);
        }

        for (Thread thread : threads) {
            thread.start();
        }
    }
}

输出结果：

Thread-1 : 5
Thread-3 : 5
Thread-4 : 5
Thread-0 : 5
Thread-2 : 5

开了5个线程，每个线程累加后的结果都是5，各个线程处理自己的本地变量值，线程之间互不影响。

Android源码解析Handler系列第（二）篇--- ThreadLocal详解_第1张图片

读到这里，相信你对ThreadLocal的作用已经了解了，ThreadLocal和synchronized是有区别的，概括起来说，对于多线程资源共享的问题，同步机制采用了“以时间换空间”的方式，而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式。前者仅提供一份变量，让不同的线程排队访问，而后者为每一个线程都提供了一份变量，因此可以同时访问而互不影响，所以ThreadLocal和synchronized都能保证线程安全，但是应用场景却大不一样。

现在从源码中去找找答案，为什么各个线程都能保留一份副本，做到多并发的时候，线程互不影响呢？

ThreadLocal的构造函数是空的，啥也没有。

public ThreadLocal() {
}

看一下里面的set方法

    /**
     * Sets the value of this variable for the current thread. If set to
     * {@code null}, the value will be set to null and the underlying entry will
     * still be present.
     *
     * @param value the new value of the variable for the caller thread.
     */
    public void set(T value) {
        Thread currentThread = Thread.currentThread();
        Values values = values(currentThread);
        if (values == null) {
            values = initializeValues(currentThread);
        }
        values.put(this, value);
    }

首先获得了当前线程实例，将实例传入values方法中，获得一个Values对象，第一次获得的Values对象是空的，就调用initializeValues初始化一个values对象，最后把当前对象作为key,value作为值，放进values中。现在的重点就是搞懂Values是什么？Values原来是ThreadLocal的静态内部类。在ThreadLocal.Values中有一个table成员,而这个table就以key，value的形式存储了线程的本地变量。key是ThreadLocal类型的对象的弱引用，而Value则是线程需要保存的线程本地变量T。

 /** 
  * 存放数据的数组。他存放数据的形式有点像map,是ThreadLocal与value相对应, 长度总是2的N次方
  */
 private Object[] table;

Android源码解析Handler系列第（二）篇--- ThreadLocal详解_第2张图片

table表结构

Value的主要API有下面几个

void put(ThreadLocal key, Object value)：往table里添加一个键值对
void add(ThreadLocal key, Object value)：也是往table里面添加键值对
Object getAfterMiss(ThreadLocal key)：在首位置没找到值的时候通过这个方法来找到给定key的值
void remove(ThreadLocal key)：删掉给定key对应的值

ThreadLocal.Values的其他成员

Values是调用put方法把传进来的键值对给存到table表里面去，这里不去分析它是怎么实现的了（可以移步http://blog.csdn.net/luoyanglizi/article/details/51510233）

 /**
         * Sets entry for given ThreadLocal to given value, creating an
         * entry if necessary.
         */
        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;
                }
            }
        }

上面是ThreadLocal存的过程，现在看取的过程。

    /**
     * Returns the value of this variable for the current thread. If an entry
     * doesn't yet exist for this variable on this thread, this method will
     * create an entry, populating the value with the result of
     * {@link #initialValue()}.
     *
     * @return the current value of the variable for the calling thread.
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    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);
    }

首先取出当前线程的Values对象，跟set方法一样，如果这个对象为null那么就返回初始值，如果Values对象不为null，那就取出它的table数组并找出ThreadLocal的reference对象在table数组中的位置，然后table数组中的下一个位置所存储的数据就是ThreadLocal的值。从可以看出，ThreadLocal的set和get方法所操作的对象都是当前线程的Values对象的table数组,如果一个变量使用了ThreadLocal,通过ThreadLocal的set和get方法，每一个线程的都会有一份这个变量的副本（键值对的形式进行存取），这就是为什么多线程并发的时候，线程互不影响的操作一个变量。

最后在举一个ThreadLocal的应用的例子：JDBC连接mysql数据库，把 Connection 放到了 ThreadLocal 中，这样每个线程之间就隔离了，不会相互干扰。

public class DBUtil {
    // 数据库配置
    private static final String driver = "com.mysql.jdbc.Driver";
    private static final String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/demo";
    private static final String username = "xxx";
    private static final String password = "xxx";

    // 定义一个用于放置数据库连接的局部线程变量（使每个线程都拥有自己的连接）
    private static ThreadLocal connContainer = new ThreadLocal();

    // 获取连接
    public static Connection getConnection() {
        Connection conn = connContainer.get();
        try {
            if (conn == null) {
                Class.forName(driver);
                conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            connContainer.set(conn);
        }
        return conn;
    }

    // 关闭连接
    public static void closeConnection() {
        Connection conn = connContainer.get();
        try {
            if (conn != null) {
                conn.close();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            connContainer.remove();
        }
    }
}

Please accept mybest wishes for your happiness and success

参考链接：
https://my.oschina.net/clopopo/blog/149368
http://blog.csdn.net/singwhatiwanna/article/details/48350919
https://my.oschina.net/huangyong/blog/159725

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