Android 详解ThreadLocal及InheritableThreadLocal
概要：
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);
@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);
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);
@Override
protected 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：100 04-21 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;
}
@Override
Values values(Thread current) {
return current.inheritableValues;
}
@Override
Values 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。
感谢阅读，希望能帮助到大家，谢谢大家对本站的支持！