Android ThreadLocal及InheritableThreadLocal分析

因为在android中经常用到handler来处理异步任务，通常用于接收消息，来操作UIThread，其中提到涉及到的looper对象就是保存在Threadlocal中的，因此研究下Threadlocal的源码。

　　分析都是基于android sdk 23 源码进行的，ThreadLocal在android和jdk中的实现可能并不一致。

　　在最初使用Threadlocal的时候，很容易会产生的误解就是threadlocal就是一个线程。

　　首先来看下Threadlocal的简单例子：

　　一个简单的Person类：

public class Person {    public String name;    public int age;    public Person(String name, int age) {        this.name = name;        this.age = age;    }}

　　一个简单的activity：

  public class MainActivity extends Activity {    //ThreadLocal初始化    private ThreadLocal<Person> mThreadLocal = new ThreadLocal<Person>();    private Person mPerson = new Person("王大侠", 100);    @Override    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.activity_main);        //将mPerson对象设置进去        mThreadLocal.set(mPerson);        Log.d("主线程", "  名字:" + mThreadLocal.get().name + "  年龄：" + mThreadLocal.get().age);        }    }

　　运行看看是否能得到mperson对象：

04-19 13:14:31.053 2801-2801/com.example.franky.myapplication d/主线程: 名字:王大侠年龄：100

　　果然得到了！说明当前线程确实已经存储了mPerson对象的引用。

　　那么我们开启个子线程看看适合还能获取到mPerson对象呢：

public class MainActivity extends Activity {//ThreadLocal初始化private ThreadLocal<Person> mThreadLocal = new ThreadLocal<Person>();private Person mPerson = new Person("王大侠", 100);@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {    super.onCreate(savedInstanceState);    setContentView(R.layout.activity_main);    //将mPerson对象设置进去    mThreadLocal.set(mPerson);    new Thread(new Runnable() {        @Override        public void run() {            Log.d("子线程", "  名字:" + mThreadLocal.get().name + "  年龄：" + mThreadLocal.get().age);        }    }).start();}}

运行看看结果：

`java.lang.NullPointerException: Attempt to read from field 'java.lang.String com.example.franky.myapplication.Person.name' on a null object reference`

　　哈哈，报错信息很明显，空指针异常，这清楚的表明子线程是获取不到mperson对象的，但可能到这里一些朋友可能有些晕了，明明我通过set()方法将mperson设置给threadlocal对象了啊，为啥在这里get()不到呢？

　　
这里我们开始追踪threadlocal的源码看看有没有线索来解释这个疑问。

首先我们可以看看threadlocal的构造方法：

/** * Creates a new thread-local variable. */public ThreadLocal() {}

　　构造方法平淡无奇，那么我们瞅瞅threadlocal的类说明吧，看看有没有发现：

implements a thread-local storage, that is, a variable for which each thread * has its own value. all threads share the same {@code threadlocal} object, * but each sees a different value when accessing it, and changes made by one * thread do not affect the other threads. the implementation supports * {@code null} values.

个人英文其实不是很好，大致的意思是每个线程都能在自己的线程保持一个对象，如果在一个线程改变对象的属性不会影响其他线程。但我们不要误读，如果某个对象是共享变量，那么在某个线程中改变它时，其他线程访问的时候其实该对象也被改变了，所以并不是说ThreadLocal是线程安全的，我们只要理解ThreadLocal是能在当前线程保存一个对象的，这样我们不用到处传递这个对象。

那ThreadLocal是线程吗？其实看看threadlocal有没有继承thread类就知道了：

    public class ThreadLocal<T> {}

答案是没有~~，这说明threadlocal并不是线程。

明白了这点，那我们继续往下看看ThreadLocal是如何将对象保存起来的，瞅瞅set()方法：

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

首先通过Thread currentthread = thread.currentthread();获取到当前线程

然后currentthread作为方法参数传递给了vlaues方法：

 Values values(Thread current) {    return current.localValues;}

这里我们看到return的是thread类的一个成员变量，我们瞅瞅Thread类中的这个变量：

ThreadLocal.Values localValues;

这里我们看到localvalues成员变量的类型就是ThreadLocal.Values
这个类其实是ThreadLocal的内部类。

然后这里判断得到的values对象是不是null，也就是说Thread类中的成员变量localvalues是不是null，由于我们是初次设置，所以这个对象肯定是null，那继续走

values initializevalues(thread current) { return current.localvalues = new values();}

很明显直接给localvalues变量new了一个value对象。那我们看看values对象里有啥：

首先看看构造：

 Values() {        initializeTable(INITIAL_SIZE);        this.size = 0;        this.tombstones = 0;    }

看起来是初始化了一些成员变量的值,INITIAL_SIZE的值为16，

看看initializeTable(INITIAL_SIZE)这个方法是做啥的：

 private void initializeTable(int capacity) {        this.table = new Object[capacity * 2];        this.mask = table.length - 1;        this.clean = 0;        this.maximumLoad = capacity * 2 / 3; // 2/3    }

初始化了长度为32的table数组，mask为31，clean为0，maximumLoad为10。

又是一堆成员变量，那只好看看变量的说明是做啥的：

这个table很简单就是个object[]类型，意味着可以存放任何对象，变量说明：

    /**     * Map entries. Contains alternating keys (ThreadLocal) and values.     * The length is always a power of 2.     */    private Object[] table;

啊！原来这里就是存放保存的对象的。
其他的变量再看看：

/** Used to turn hashes into indices. */    private int mask; /** Number of live entries. */    private int size; /** Number of tombstones. */    private int tombstones; /** Maximum number of live entries and tombstones. */    private int maximumLoad; /** Points to the next cell to clean up. */    private int clean;

这样看来mask是用来计算数组下标的，size其实是存活的保存的对象数量，tombstones是过时的对象数量，maximumLoad是最大的保存数量，clean是指向的下一个要清理的位置。大概明白了这些我们再继续看：

values.put(this, value);

继续追踪：

/**     * Sets entry for given ThreadLocal to given value, creating an     * entry if necessary.     */    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;            }        }    }

该方法直接将this对象和要保存的对象传递了进来，

第一行的cleanUp()其实是用来对table执行清理的，比如清理一些过时的对象，检查是否对象的数量是否超过设置值，或者扩容等，这里不再细说，有兴趣大家可以研究下。

然后利用key.hash&mask计算下标，这里key.hash的初始化值：

private static AtomicInteger hashCounter = new AtomicInteger(0);private final int hash = hashCounter.getAndAdd(0x61c88647 * 2);

然后注释说为了确保计算的下标指向的是key值而不是value，当然为啥用上述数值进行计算就能保证获取的key值，貌似是和这个0x61c88647数值有关，再深入的大家可以留言。

然后最重要的就是

if (firstTombstone == -1) {                // Fill in null slot.                table[index] = key.reference;                table[index + 1] = value;                size++;                return;            }

这里将自身的引用，而且是弱引用，放在了table[index]上，将value放在它的下一个位置，保证key和value是排列在一起的，这样其实我们知道了key其实是threadlocal的引用，值是value，它们一同被放置在table数组内。

所以现在的情况是这样，Thread类中的成员变量localValues是ThreadLocal.Values类型,所以说白了就是当前线程持有了ThreadLocal.Values这样的数据结构，我们设置的value全部都存储在里面了，当然如果我们在一个线程中new了很多ThreadLocal对象，其实指向都是Thread类中的成员变量localValues，而且如果new了很多ThreadLocal对象，其实都是放在table中的不同位置的。

那接下来看看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);}

代码比较简单了，首先还是获取当前线程，然后获取当前线程的Values对象，也就是Thread类中的成员变量localValues，然后拿到Values对象的table数组，计算下标，获取保存的对象，当然如果没有获取到return (T) values.getAfterMiss(this)，就是返回null了，其实看方法Object getAfterMiss(ThreadLocal<?> key)中的这个代码：

Object value = key.initialValue();    protected T initialValue() {    return null;}

就很清楚了，当然我们可以复写这个方法来实现自定义返回，大家有兴趣可以试试。

到此我们再回过头来看看开始的疑问，为啥mThreadLocal在子线程获取不到mPerson对象呢？原因就在于子线程获取自身线程中的localValues变量中并未保存mPerson，真正保存的是主线程，所以我们是获取不到的。

看完了ThreadLocal我们再看看它的一个子类InheritableThreadLocal，该类和ThreadLocal最大的不同就是它可以在子线程获取到保存的对象，而ThreadLocal只能在同一个线程，我们看看简单的例子：
public class MainActivity extends Activity {

private InheritableThreadLocal<Person> mInheritableThreadLocal = new InheritableThreadLocal<Person>();private Person mPerson = new Person("王大侠", 100);@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {    super.onCreate(savedInstanceState);    setContentView(R.layout.activity_main);    //将mPerson设置到当前线程    mInheritableThreadLocal.set(mPerson);    Log.d("主线程"+Thread.currentThread().getName(), "  名字:" + mInheritableThreadLocal.get().name + "  年龄：" + mInheritableThreadLocal.get().age);    new Thread(new Runnable() {        @Override        public void run() {            Log.d("子线程"+Thread.currentThread().getName(), "  名字:" + mInheritableThreadLocal.get().name + "  年龄：" + mInheritableThreadLocal.get().age);        }    }).start();}}

运行看看输出：

04-21 13:09:11.046 19457-19457/com.example.franky.myapplication D/主线程main:   名字:王大侠  年龄：10004-21 13:09:11.083 19457-21729/com.example.franky.myapplication D/子线程Thread-184:   名字:王大侠  年龄：100

很明显在子线程也获取到了mPerson对象，那它是如何实现的呢？
看下源码：

public class InheritableThreadLocal<T> extends ThreadLocal<T> {/** * Creates a new inheritable thread-local variable. */public InheritableThreadLocal() {}/** * Computes the initial value of this thread-local variable for the child * thread given the parent thread's value. Called from the parent thread when * creating a child thread. The default implementation returns the parent * thread's value. * * @param parentValue the value of the variable in the parent thread. * @return the initial value of the variable for the child thread. */protected T childValue(T parentValue) {    return parentValue;}@OverrideValues values(Thread current) {    return current.inheritableValues;}@OverrideValues initializeValues(Thread current) {    return current.inheritableValues = new Values();}}

很明显InheritableThreadLocal重写了两个方法：

Values values（Thread current）方法返回了Thread类中的成员变量inheritableValues。

Values initializeValues(Thread current)也是new的对象也是指向inheritableValues。

而ThreadLocal中都是指向的localValues这个变量。

也就是说当我们调用set(T value)方法时，根据前面的分析，其实初始化的是这个inheritableValues，那么既然子线程能够获取到保存的对象，那我们看看这个变量在Thread类中哪里有调用，搜索下就看到：

private void create(ThreadGroup group, Runnable runnable, String threadName, long stackSize) {    ...    // Transfer over InheritableThreadLocals.    if (currentThread.inheritableValues != null) {        inheritableValues = new ThreadLocal.Values(currentThread.inheritableValues);    }    // add ourselves to our ThreadGroup of choice    this.group.addThread(this);}

在Thread类中的create方法中可以看到，该方法在Thread构造方法中被调用，如果currentThread.inheritableValues不为空,就会将它传递给Values的有参构造:

 /**     * Used for InheritableThreadLocals.     */    Values(Values fromParent) {        this.table = fromParent.table.clone();        this.mask = fromParent.mask;        this.size = fromParent.size;        this.tombstones = fromParent.tombstones;        this.maximumLoad = fromParent.maximumLoad;        this.clean = fromParent.clean;        inheritValues(fromParent);    }

这里可以看到将inheritableValues的值完全复制过来了，所以我们在子线程一样可以获取到保存的变量，我们的分析就到此为止吧。
自己总结的肯定有很多纰漏，还请大家多多指正。

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