第10章(2)---ThreadLocal

10.2 Android的消息机制分析

由于Android的消息机制实际上就是Handler的运行机制，因此本节主要围绕着Handler的工作过程来分析Android的消息机制，主要包括Handler，MessageQueue和Looper。同时为了更好地理解Looper的工作原理，本节还会介绍ThreadLocal。

10.2.1 ThreadLocal的工作原理

ThreadLocal是一个线程内部的数据存储类，通过它可以在指定的线程中存储数据，数据储存以后，只有在指定线程中可以获取到存储的数据，对于其它线程来说，则无法获取到数据。

一般来说，当某些数据是以线程为作用域并且不同线程具有不同的数据副本的时候，就可以考虑采用ThreadLocal。很显然，Looper的作用域就是线程并且不同线程具有不同的Looper，这个时候通过ThreadLocal就可以轻松实现Looper在线程中的存取。

private ThreadLocal mBooleanThreadLocal = new ThreadLocal<>();

然后分别在主线程，子线程1和子线程2中设置和访问它的值

mBooleanThreadLocal.set(true);
Log.d(TAG,"[Thread#main]mBooleanThreadLocal=" + mBooleanThreadLocal.get());

new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        mBooleanThreadLocal.set(false);
        Log.d(TAG,"[Thread#1]mBooleanThreadLocal=" + mBooleanThreadLocal.get());
    }
}).start();

new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        Log.d(TAG,"[Thread#2]mBooleanThreadLocal=" + mBooleanThreadLocal.get());
    }
}).start();

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方法获取mBooleanThreadLocal 的值，根据前面对mBooleanThreadLocal 的描述，这个时候，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null。

D/WM: [Thread#main]mBooleanThreadLocal=true
D/WM: [Thread#1]mBooleanThreadLocal=false
D/WM: [Thread#2]mBooleanThreadLocal=null

虽然在不同线程中访问的是同一个ThreadLocal对象，但是它们通过ThreadLocal获取到的值却是不一样的，这就是ThreadLocal的奇妙之处。ThreadLocal之所以有这么奇妙的效果，是因为不同线程访问同一个ThreadLocal的get方法，ThreadLocal内部会从各自的线程中取出一个数组，然后再从数组中根据当前ThreadLocal的索引去查找出对应的value值。很显然不同线程中的数组是不同的，这就是为什么通过ThreadLocal可以在不同的线程中维护一套数据的副本，并且彼此互不干扰。

下面分析ThreadLocal的内部实现，ThreadLocal是一个泛型类，它的定义为public class ThreadLocal，只要弄清楚ThreadLocal的get和set方法就可以明白它的工作原理。

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

首先会通过values方法来获取当前线程中的ThreadLocal数据，获取的方式也是很简单的，在Thread类的内部有一个成员专门用于存储线程的ThreadLocal的数据：ThreadLocal.Values localValues，因此获取当前线程的ThreadLocal数据就变得异常简单了。如果LocalValues的值为null，那么就需要对其进行初始化，初始化后再将ThreadLocal的值进行存储。下面看一下ThreadLocal的值到底是如何在localValues中进行存储的。在localValues内部有一个数组：private Object[] table，ThreadLocal的值就存在在这个table数组中。下面看一下localValues是如何使用put方法将ThreadLocal的值存储到table数组中的。

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;
        }
    }
}

我们可以得出一个存储规则，那就是ThreadLocal的值在table数组中的存储位置总是为ThreadLocal的reference字段所标识的对象的下一个位置，比如ThreadLocal的reference对象在table数组中的索引为index，那么ThreadLocal的值在table数组中的索引就是index + 1.最终ThreadLocal的值将会被存储在table数组中：table[index + 1] = value。

上面分析了ThreadLocal的set方法，这里分析它的get方法。

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);
}

ThreadLocal的get方法的逻辑比较清晰，它同样是取出当前线程的localValues对象，如果这个对象为null，那么就返回初始值，初始值由ThreadLocal的initiaValue方法来描述，默认情况下为null，当然也可以重写这个方法，它的默认实现如下所示：

protected T initialValue() {
    return null;
}

如果localValues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ThreadLocal的set和get方法可以看出，它们所操作的对象都是当前线程的localValues对象的table数组，因此在不同线程中访问同一个ThreadLocal的set和get方法，它们对ThreadLocal所做的读/写操作仅限于各自线程的内部，这就是为什么ThreadLocal可以在多个线程中互不干扰地存储和修改数据，理解ThreadLocal的实现方式有助于理解Looper的工作原理。