ThreadLocal原理


介绍

ThreadLocal类支持泛型,ThreadLocal<T>,T代表线程本地变量类型,在多线程中,每个线程都会保存一份属于自己的T对象,一个线程对T的操作是本地操作,不会影响其他线程。
Android消息机制中,每个Looper对象都是线程本地对象。

public final class Looper {
    static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
    ...
    private static void prepare(boolean quitAllowed) {
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
    }
    public static @Nullable Looper myLooper() {
        return sThreadLocal.get();
    }
     ...
}

在Looper类设计中,定义了一个静态ThreadLocal<Looper>对象。当线程获取Looper时,myLooper方法,通过ThreadLocal的get方法,获取当前线程本地Looper对象,ThreadLocal的set方法,设置本地Looper对象。


实现本地对象

ThreadLocal的set/get方法,内部对象存储。

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

根据Thread,获取内部ThreadLocal.ThreadLocalMap对象,该对象有一个Entry类型数组,key/value键值对,key是ThreadLocal对象,value是创建的线程本地Looper对象T。
当Thread内部ThreadLocalMap空时,创建并赋值。

ThreadLocal结构

ThreadLocalMap是ThreadLocal的静态内部类。

static class ThreadLocalMap {

    static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            /** The value associated with this ThreadLocal. */
        Object value;

        Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
            super(k);
            value = v;
        }
    }
}

每个线程Thread对象的ThreadLocalMap内部变量初始化,Entry数组存储线程本地变量。Entry类继承WeakReference,key索引ThreadLocal对象的引用是弱引用。索引的value是泛型指定变量类型的对象。当线程有多个本地变量,定义一些ThreadLocal<T>对象,T的类型不同。

举例,定义一些ThreadLocal<A>,ThreadLocal<B>对象,在Thread线程对象内部ThreadLocalMap中,Entry对象数组,ThreadLocal<A>(key)对象:线程本地A对象(value),ThreadLocal<B>(key):线程本地B对象(value)。

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();
}

查找本地变量,从线程Thread对象找到ThreadLocalMap,根据key索引对象ThreadLocal类型,this,(当前ThreadLocald对象的类型),从Entry类型数组中查找Entry,读取value,即是本地变量。

多线程ThreadLocal对象实现线程本地变量存储

弱引用

Looper类内部ThreadLocal对象是静态的,每个Thread线程Map的Entry数组中,key是同一个ThreadLocal对象,value值Looper对象是不同的。
对每个线程来说,Looper是隔离的就可以,且非静态的还会多创造很多对象,增加内存消耗。
Map对ThreadLocal的引用是弱引用,当仅有key对ThreadLocal对象弱引用时,该对象会被垃圾回收,此时,Entry类的key指针是空,从Thread到Map,再到Entry的value值有一条强引用链,导致value值内存泄露。
这种情况下,只要线程对象一直存在,无key的value值会一直存在,但是,这条链路已经无用,因无ThreadLocal引用,无法定位到value。

如果Map对ThreadLocal的引用是强引用,当仅有key对ThreadLocal对象强引用,这条从Thread到Entry的强引用链伴随Thread对象一直存在,已经释放了其他对ThreadLocal对象的强引用,无法再从代码中使用ThreadLocal的get方法,从Thread到Entry再到ThreadLocal的引用无法定位,无法获取Entry的key和value值,因此,强引用后果是导致整个Entry对象内存泄露,还是用弱引用比较稳妥,即使只有key这一条链访问到它,(ThreadLocal),因为是弱引用链,至少能保证被回收,ThreadLocalMap类在每次get/set/remove其中值的时候都会自动清理其他key为null的value,手动清除value,也能被回收了,(注意,是其他,因为对ThreadLocalMap类的访问,从当前存在强引用ThreadLocal对象的get/set/remove方法进入的)。

在Looper类中,ThreadLocal对象是静态对象,每一个线程产生的Looper对象公有ThreadLocal对象,总会有Looper对象链路到ThreadLocal,应该就是将ThreadLocal设置static静态的另一个原因吧。


总结

ThreadLocal原理本质,将线程本地对象存储在当前Thread的ThreadLocalMap内部Entry数组,键值对方式存储,key是ThreadLocal<T>对象,引用是弱引用,value是T类型变量的对象。


任重而道远

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