Android通信方式篇（二）-消息机制(ThreadLocal详解)

从前面消息机制的学习中，我们知道，Looper.prepare( ) 让普通线程具备了loop能力，具体做法是将当前线程通过ThreadLocal关联上一个Looper对象。那么这篇文章就来深入分析下这个ThreadLocal。

一、定义

ThreadLocal： 线程本地存储区（Thread Local Storage，简称为TLS），每个线程都有自己的私有的本地存储区域，不同线程之间彼此不能访问对方的TLS区域。

二、代码梳理

首先Thread中有一成员变量：

ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

ThreadLocalMap是ThreadLocal中的静态内部类

static class ThreadLocalMap

ThreadLocal的set和get方法代码:

    public void set(T value) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t); //获取当前线程的ThreadLocalMap
        if (map != null)
            map.set(this, value);//key是ThreadLocal，value是传入的值
        else
            createMap(t, value);//new一个ThreadLocalMap
     }

    public T get() {
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null) {
            ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this); //Entry是ThreadLocal封装的对象
            if (e != null) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                T result = (T)e.value;
                return result;
            }
        }
        return setInitialValue();
    }

其中的getMap方法：

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

给当前Thread类对象初始化ThreadlocalMap属性：

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

如果value为空，设置初始化值

private T setInitialValue() {
    T value = initialValue();//生成初始化值
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
    return value;
}

到这里，我们就可以理解ThreadLocal究竟是如何工作的了：

1. Thread类中有一个成员变量属于ThreadLocalMap类(一个定义在ThreadLocal类中的静态内部类)，它是一个Map，他的key是ThreadLocal实例对象。

2. 当为ThreadLocal类的对象set值时，首先获得当前线程的ThreadLocalMap类属性，然后以ThreadLocal类的对象为key，设定value。get值时则类似。

3. ThreadLocal变量的活动范围为某线程，是该线程专有的，对该变量的所有操作均由该线程完成！也就是说，ThreadLocal 不是用来解决共享对象的多线程访问的竞争问题的，因为ThreadLocal.set() 到线程中的对象是该线程自己使用的对象，其他线程是不需要访问的，也访问不到的。这也就解释了ThreadLocal为什么能保证线程之间存储数据相互独立。当线程终止后，这些值会作为垃圾回收。

总结：
　　ThreadLocal的作用是提供线程内的局部变量，这种变量在线程的生命周期内起作用。作用：提供一个线程内公共变量（比如本次请求的用户信息），减少同一个线程内多个函数或者组件之间一些公共变量的传递的复杂度，或者为线程提供一个私有的变量副本，这样每一个线程都可以随意修改自己的变量副本，而不会对其他线程产生影响。

三、引申两个问题

3.1 如何实现一个线程多个ThreadLocal对象，每一个ThreadLocal对象是如何区分的呢？

查看源码，可以看到：

private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
private static AtomicInteger nextHashCode = new AtomicInteger();
private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
private static int nextHashCode() {
      return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}

对于每一个ThreadLocal对象，都有一个final修饰的int型的threadLocalHashCode不可变属性，对于基本数据类型，可以认为它在初始化后就不可以进行修改，所以可以唯一确定一个ThreadLocal对象。

但是如何保证两个同时实例化的ThreadLocal对象有不同的threadLocalHashCode属性：在ThreadLocal类中，还包含了一个static修饰的AtomicInteger（[əˈtɒmɪk]提供原子操作的Integer类）成员变量（即类变量）和一个static final修饰的常量（作为两个相邻nextHashCode的差值）。由于nextHashCode是类变量，所以每一次调用ThreadLocal类都可以保证nextHashCode被更新到新的值，并且下一次调用ThreadLocal类这个被更新的值仍然可用，同时AtomicInteger保证了nextHashCode自增的原子性。

3.2 ThreadLocal的内存泄露问题

根据上面Entry方法的源码，我们知道ThreadLocalMap是使用ThreadLocal的弱引用作为Key的。如果一个ThreadLocal没有外部强引用引用他，那么系统gc的时候，这个ThreadLocal势必会被回收，这样一来，ThreadLocalMap中就会出现key为null的Entry，就没有办法访问这些key为null的Entry的value，如果当前线程再迟迟不结束的话，这些key为null的Entry的value就会一直存在一条强引用链：

Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value

永远无法回收，造成内存泄露。

ThreadLocalMap设计时针对对上面问题的对策：

ThreadLocalMap的getEntry函数的流程大概为：

1. 首先从ThreadLocal的直接索引位置(通过ThreadLocal.threadLocalHashCode & (table.length-1)运算得到)获取Entry e，如果e不为null并且key相同则返回e；

2. 如果e为null或者key不一致则向下一个位置查询，如果下一个位置的key和当前需要查询的key相等，则返回对应的Entry。否则，如果key值为null，则擦除该位置的Entry，并继续向下一个位置查询。在这个过程中遇到的key为null的Entry都会被擦除，那么Entry内的value也就没有强引用链，自然会被回收。仔细研究代码可以发现，set操作也有类似的思想，将key为null的这些Entry都删除，防止内存泄露。

但是光这样还是不够的，上面的设计思路依赖一个前提条件：要调用ThreadLocalMap的getEntry函数或者set函数。这当然是不可能任何情况都成立的，所以很多情况下需要使用者手动调用ThreadLocal的remove函数，手动删除不再需要的ThreadLocal，防止内存泄露。所以JDK建议将ThreadLocal变量定义成private static的，这样的话ThreadLocal的生命周期就更长，由于一直存在ThreadLocal的强引用，所以ThreadLocal也就不会被回收，也就能保证任何时候都能根据ThreadLocal的弱引用访问到Entry的value值，然后remove它，防止内存泄露。