Handler源码学习(一) - ThreadLocal源码学习

ThreadLocal是Handler涉及到的一个非常重要的类,其主要作用是:通过ThreadLocal实例变量,可以再不同的线程中,访问到不同的实例。

在实际开发需求中,我们可能需要不同的线程,持有仅属于其自己的变量,也是就这个线程自己特有的变量,换句话说,就是线程类自己的私有属性。
比如说,我们希望各个线程都有一个变量ID,那么可以这样处理:

    // 新建一个类,继承与Thread,然后再里头加一个private变量ID
    // 这样每个不同的MyThread线程实例,里头都有个ID,且互不影响
    public class MyThread extends Thread {
        private int ID;
    }

显然这种实际上可操作性很差的:
1.并不是所有的线程实例都是MyThread,那其他的线程咋办呢?
2.实际应用中显然并不是只需要ID,要是还要个name、还要个age呢?

考虑到实际场景,JDK为大家已经在线程里加了这么一个变量:

    public class Thread implements Runnable {
        /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
         * by the ThreadLocal class. */
        ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
    }

ThreadLocal.ThreadLocalMap就是专业用于上述场景的,从名字上来看,他是一个Map,所以可以根据需求来添加多个变量。

如果只是这样,那我们实际应该怎么用呢?
我们可以这样:

  1. 确定需要读取的Key,比如说“ID”。
  2. 获取到当前线程的实例,读取threadLocals里key为"ID"的对象。
  3. 对其进行读写操作。
    public static void main(String[] args){
        final static String keyID = "ID";
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // 模拟读值
                String id = Thread.currentThread().threadLocals.getValue(keyID);
                // 模拟取值
                Thread.currentThread().threadLocals.setValue(keyID,"ID_1");
            }
        }).start();
    }

自然,这样的代码显然编译不过的,threadLocals是Thread的一个私有变量,无法直接被外部操作,JDK已经给我们封装号了一个类ThreadLocal,通过ThreadLocal,可以轻松的完成上述操作:

   ThreadLocal<String> local = new ThreadLocal<>();
   local.set("ID_1");
   String ID = local.get();

我们可以先看下ThreadLocal中get()、set()方法的源码:


ThreadLocal.get()

ThreadLocal.set()

ThreadLocal.getMap()

从map.getEntry(key:this)上可知,线程中取值的key是ThreadLocal<?>,那么自然,不同类型的ThreadLocal<?>,会有在线程成员变量Thread.threadLocals中占有不同的位置。
其结构如下:


image.png

每一个ThreadLocal<?>对象,存放到多个线程里的threadLocals中,而其所对应的Value,则是各个线程独立的。

到这里基本上说完了ThreadLocal的作用和结构,我们先看下大神是如何描述ThreadLocal的:

ThreadLocal 提供了线程本地的实例。它与普通变量的区别在于,每个使用该变量的线程都会初始化一个完全独立的实例副本。ThreadLocal 变量通常被private static修饰。当一个线程结束时,它所使用的所有 ThreadLocal 相对的实例副本都可被回收。

为什么建议修饰成private static呢?按我理解:

  • 一个ThreadLocal实例,可以对应到一票线程,每个线程都持有各自的TSO实例(Thread Specific Object,即ThreadLocal所关联的对象,如ThreadLocal<String>里的String对象)。因此,如果ThreadLocal不是某个类的静态变量,那么每创建一个该类的实例,就有一个新的ThreadLocal被创建,也就是一票新的TSO实例可能被创建。那么,同一个线程可能有多个由同一个TSO(指类)产生的不同实例。这就算不会导致错误,也会导致浪费(重复创建等同的对象)!而且也和我们预期不符,我们希望的是线程特有,而不是实例特有。
  • static变量不属于任何一个对象,这样ThreadLocal<?>在被线程持有时,由于在android中静态类型一般不被回收,故不容易产生由ThreadLocal<?>所在类引起的内存泄漏。

言归正传,继续将ThreadLocal源码,从前问的get、set方法,我们知道,真正线程中存储数据的数据结构是ThreadLocalMap,接下来就分析这个类,先看保持数据的数据结构:

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;
          }
      }
      /**
        * The table, resized as necessary.
        * table.length MUST always be a power of two.
        */
       private Entry[] table;
}

显然,这个Map与其他Map类似,都是一个数组,还是个Entry的数组。Entry是一个ThreadLocal<?>的弱引用,对照着前文的set()方法,value就是ThreadLocal<?>里的类型T,这么设计的目的,主要不让线程强引用ThreadLocal<?>,导致ThreadLocal<?>所在的类或实例不再使用时,无法被释放,从而引起内存泄露。需要指出的是,仅仅是这样,Object value依旧可以内存泄露,Entry的ThreadLocal<?>属性被释放,无法影响到其对应的value,所以JDK还会在合适的时候,清理key为null的value。先看get方法:


ThreadLocalMap.getEntry()

ThreadLocalMap.getEntryAfterMiss

暂时不理问题,先看完expungeStaleEntry方法的实现:

ThreadLocalMap.expungeStaleEntry

需要指出的是threadLocalHashCode & (len-1) 和 threadLocalHashCode%len在数学上也是等价的(len为2的次方时),感兴趣的可以自行证明下。

接着前面的疑问,看下set的方法:


ThreadLocalMap.set()

到这里,ThreadLocalMap基本操作和结构就都弄清楚了,这些操作虽然没有加上线程同步等相关代码,但由于ThreadLocalMap本身就是只运行在单个线程里的,所以他们天然就不涉及多线程场景,也就不谈什么线程同步了。

总结:ThreadLocal对Handler里的Looper有着重要的作用,熟悉ThreadLocal对后续理解Looper能起到不小的帮助。
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