• ThreadLocal為解決多線程程序的并發(fā)問(wèn)題提供了一種新的思路瞧哟。

• Synchronized用于線程間的數(shù)據(jù)共享熄赡，而ThreadLocal則用于線程間的數(shù)據(jù)隔離详炬。

從Handler中進(jìn)入ThreadLocal的世界

• Android中一個(gè)線程只能有一個(gè)Looper姊舵，如果一個(gè)線程已經(jīng)有Looper晰绎，我們?cè)僭诰€程中調(diào)用Looper.prepare()方法會(huì)拋出RuntimeException("Only one Looper may be created per thread")。那如何確保一個(gè)線程中最多只能有一個(gè)Looper呢括丁？我們從Looper中尋找答案荞下。

  public final class Looper {
      
    static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
      
      public static void prepare() {
          prepare(true);
      }
  
      private static void prepare(boolean quitAllowed) {
          //如果該線程已經(jīng)有Looper
          if (sThreadLocal.get() != null) {
              throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
          }
          //該線程中沒(méi)有Looper
          sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
      }
      ...
  }
  

  從上面的源碼我們能知道如果一個(gè)線程已經(jīng)有Looper了sThreadLocal.get()便不為空就拋出異常。否則就會(huì)新建一個(gè)Looper然后set進(jìn)入sThreadLocal史飞。

ThreadLocal

• sThreadLocal是一個(gè)靜態(tài)的成員變量尖昏，所有線程共享它。那它是如何實(shí)現(xiàn)同一個(gè)靜態(tài)變量在不同的線程中調(diào)用get()方法卻能返回不同值的騷操作的呢？讓我們來(lái)看看ThreadLocal的get()和set()

  public class ThreadLocal<T> {
      
    public T get() {
          Thread t = Thread.currentThread();
          ThreadLocalMap map = getMap(t);
          if (map != null) {
              ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
              if (e != null)
                  return (T)e.value;
          }
          return setInitialValue();
      }
      
      public void set(T value) {
          Thread t = Thread.currentThread();
          //獲取Thread中的成員變量ThreadLocalMap
          ThreadLocalMap map = getMap(t);
          if (map != null)
              map.set(this, value);
          else
              createMap(t, value);
      }
      
      ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
          return t.threadLocals;
      }
      
      void createMap(Thread t, T firstValue) {
          t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
      }
      
      private T setInitialValue() {
          //initialValue()返回null
          T value = initialValue();
          Thread t = Thread.currentThread();
          ThreadLocalMap map = getMap(t);
          if (map != null)
              map.set(this, value);
          else
              createMap(t, value);
          return value;
      }
      ...
  }
  

  public class Thread implements Runnable {
    ...
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
    ...   
  }
  

  在每個(gè)Thread中都有一個(gè)ThreadLocalMap成員變量，ThreadLocal中的get()和set()方法都是通過(guò)獲取到當(dāng)前線程的引用后直接再通過(guò)getMap()方法拿到ThreadMap的引用庐冯。ThreadLocal就是通過(guò)能獲取到每個(gè)線程中的ThreadLocalMap，從而實(shí)現(xiàn)線程間的數(shù)據(jù)隔離迹淌。ThreadLocalMap只能通過(guò)ThreadLocal的createMap()方法初始化河绽。就讓我們來(lái)看看ThreadLocalMap。

ThreadLocalMap

• ThreadLocalMap是ThreadLocal的內(nèi)部類唉窃。它用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)耙饰，采用類似hashmap機(jī)制，存儲(chǔ)了以ThreadLocal為key句携，需要隔離的數(shù)據(jù)為value的Entry鍵值對(duì)數(shù)組結(jié)構(gòu)榔幸。里面有一些具體關(guān)于如何清理過(guò)期的數(shù)據(jù)、擴(kuò)容等機(jī)制矮嫉，思路基本和hashmap差不多，有興趣的可以自行閱讀了解牍疏。

  static class ThreadLocalMap {
      ...
      //存儲(chǔ)放入的數(shù)據(jù)
      private Entry[] table;
      
      //Entry繼承ThreadLocal的弱引用
      static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
          //要存儲(chǔ)的變量
          Object value;
  
          Entry(ThreadLocal k, Object v) {
              super(k);
              value = v;
          }
      }
      
      private Entry getEntry(ThreadLocal key) {
          //獲取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的位置
          int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
          Entry e = table[i];
          if (e != null && e.get() == key)
              return e;
          else
              return getEntryAfterMiss(key, i, e);
      }
      
      private void set(ThreadLocal key, Object value) {
          Entry[] tab = table;
          int len = tab.length;
          int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
          //遍歷整個(gè)Entry數(shù)組
          for (Entry e = tab[i]; e != null; e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
               ThreadLocal k = e.get();
               if (k == key) {
                   //覆蓋數(shù)據(jù)
                   e.value = value;
                   return;
               }
               if (k == null) {
                   replaceStaleEntry(key, value, i);
                   return;
               }
          }
          //如果位置為空蠢笋，就新建有要存儲(chǔ)的Entry后放入數(shù)組
          tab[i] = new Entry(key, value);
          int sz = ++size;
          if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
              rehash();
      }
      ...
  }
  

• ThreadLocal實(shí)例被線程的ThreadLocalMap實(shí)例持有，也可以看成被線程持有鳞陨。但是ThreadLocalMap的key是ThreadLocal實(shí)例的弱引用昨寞。從而避免了內(nèi)存泄漏。

總結(jié)

• 每個(gè)線程中都有一個(gè)獨(dú)立的ThreadLocalMap副本厦滤，它所存儲(chǔ)的值援岩，只能被當(dāng)前線程讀取和修改。ThreadLocal類通過(guò)操作每一個(gè)線程特有的ThreadLocalMap副本掏导，從而實(shí)現(xiàn)了變量訪問(wèn)在不同線程中的隔離享怀。每個(gè)Thread只訪問(wèn)自己的 Map，那就不存在多線程寫的問(wèn)題趟咆，也就不需要鎖添瓷。
• 每個(gè)線程Thread中都有一個(gè)成員變量ThreadLocalMap，ThreadLocalMap底層是一個(gè)數(shù)組實(shí)現(xiàn)的值纱×鄞可以創(chuàng)建不同的ThreadLocal作為Key，存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)Value
• 與同步機(jī)制比較：對(duì)于多線程資源共享的問(wèn)題虐唠，同步機(jī)制采用了“以時(shí)間換空間”的方式搀愧，而ThreadLocal采用了“以空間換時(shí)間”的方式。前者僅提供一份變量疆偿，讓不同的線程排隊(duì)訪問(wèn)咱筛，而后者為每一個(gè)線程都提供了一份變量，因此可以同時(shí)訪問(wèn)而互不影響翁脆。
• 在很多情況下眷蚓，ThreadLocal比直接使用synchronized同步機(jī)制解決線程安全問(wèn)題更簡(jiǎn)單，更方便反番，且結(jié)果程序擁有更高的并發(fā)性沙热。

參考

• 徹底理解ThreadLocal