ThreadLocal原理浅析

ThreadLocal即线程局部变量的意思！所以什么是线程局部变量？这玩意有什么鸟用？是不是面试被问到了说不出个一二三？今天就来扒一扒这货的源码，从根本上了解这货是干啥的。

Thread ,ThreadLocalMap,Entry三者关系

其实研究下来他的源码实现，其实也没想象的那么复杂，其最主要有以下几点：

1、Java可以通过Thread.currentThread()来获得当前的Thread的实例对象。既然能拿到这Thread对象实例，那么我们就可以操作该实例（的属性），比如为该Thread对象设置一个值什么的。
2、每一个Thread对象都有一个ThradLocalMap实例，该实例有一个一个Entry组成的数组，Entry对象有两个主要属性：value和ThreadLocal的弱引用，其中value这个属性就是值设置给当前线程所持有，也是ThreadLocal的核心属性：

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

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

注意Entry继承自WeakReference,其key就是ThreadLocal对象！（图1）

结合1和2两个知识点，我们就可以知道我们拿到Thread对象之后,就可以操控当前线程对象的ThreadLocalMap对象，然后把想要保存的value交给ThreadLocalMap的Entry的value属性，Thread,ThreadLocalMap,value三者之间的关系可以用下图表示(图2）：

通过上图我们可以得出这么一个结论：一个Thread对象持有一个ThreadLocalMap对象，然后呢，一个ThreadLoalMap对象又包含了多个ThreadLlocal对象及ThreadLocal对象所在线程的value！！！一言以蔽之： 一个Thread对象可以持有多个ThreadLocal对象的变量值value

那么ThreadLocal和Thread又有啥关系呢？二者是怎能对value进行读取的呢？下面就根据源码来简单的分析下。

ThreadLocal和Thread的关联

先看看ThreadLocal的set方法：

 public void set(T value) {
         //获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //获取当前线程持有的ThreadLocalMap
        ThreadLocal.ThreadLocalMap map = getMap(t);
        //将value设置给threadlocalMap
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    }

set方法很逻辑很简单(j结合上图2看更好理解）：
1、通过currentThread方法拿到当前Thread对象
2、获取当前Thread对象的ThreadLoalMap对象
3、将value连同ThreadLocal对象自己组成一个Entry对象保存在
ThreadLoalMap的Entry类型的数组中。

在来看看ThreadLocal的get方法:

public T get() {
    //获取当前线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    //获取当前线程的ThreadLocalMap对象
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        //获取与ThreadLocal对象想关联的value
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            //获取值
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    //为空返回初始化值
    return setInitialValue();
}

可以发展get的整体逻辑也很简单：
1、获取当前Thread对象
2、获取当前Thread对象的ThreadLocalMap对象
3、从ThreadLocalMap中获取与ThreadLocal相关联的Entry对象，具体的就是以ThreadLocal为key获取。
4、获取步骤3的Entry的value属性，并返回之。

通过整体观察get和set方法可以得出如下结论：ThreadLocal对象调用set方法就是往Thread对象的ThreadLocalMap里面添加值；ThreadLocal对象调用get方法就是从Thread对象的ThreadLocalMap里面获取值。核心就是操纵Thread对象的ThreadLocalMap对象进行value的读和写。原理就这么简单。

那么位于不同线程的不同ThreadLocal对象，在其他线程里保存值是一个什么样的关系呢？可以通过下图来清晰的描述出来：

通过上图可以知道我们在线程X里面定义了一个threadLocalX的变量，然后线程A调用threadLocalX的set方法将x1这个值设置给了线程A,线程B同样调用threadLocalX的set方法将x2这个值这是给了线程B.当我们操纵threadLocalX的get方法来取值的时候，此时get方法运行在哪个线程，取得就是哪个线程保存的值，比如如果此时A线程在执行，那么拿到的值就是x1.

ThreadLocal的使用实例

通过博主的Android的消息机制详解这篇博文中，我们在知道在Android中一个线程只有一个Looper对象，那么是怎么做到的呢？就是ThreadLocal发挥了作用，看看Looper的prepare方法：

//定义一个静态的ThreadLocal变量
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>(); 

private static void prepare(boolean quitAllowed) {
        //一个Thread只能关联一个Looper对象
        if (sThreadLocal.get() != null) {
            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
        }
        sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
    }

观察prepare方法可以知道，先通过sThreadLocal的get方法判断当前线程是否已经拥有了一个Looper对象，如果有就抛出一个异常；如果当前线程还没有设置Looper对象，则调用ThreadLocal的set方法，初始化一个Looper对象交给当前线程：sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
这样就确保了一个线程只有一个Looper对象。

线程局部变量到此也就好理解了，其实就是局部于线程对象的变量。在Java中Thread也是一个对象，平时开发中我们自定义一个对象也会持有一个List或者Map集合来持有一些数据，比如：

class MyObject{
   List<String> values;
   //or
   Map<String> maps;
}

而Thread只不过是用了ThreadLocalMap而已：

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

到此为止，关于ThreadLocal的原理已经基本分析完毕，至于内部是怎么set和get的，敬请期待后续博文。

参考资料：
ThreadLocal源码分析