概述

通常我们要实现线程安全，可以使用2种方案：一种是同步，同步代码块中，同一时间，只能有一个线程进行处理，该方案是以时间为代价来换取线程安全；另一种方案是，使用线程本地对象，每个线程都有独立的变量版本，不会产生相互干扰，该方案是以空间为代价来换取线程安全。

使用线程本地对象创建的变量，每个线程都会存在变量的一个副本，修改其中一个副本，并不会影响其他副本的值。

本文讨论的主题——ThreadLocal就是一个线程本地对象类，可以用它来实现线程本地对象的创建、使用、删除等逻辑。

使用场景

ThreadLocal使用场景非常的多，例如，我们可以在变量需要线程私有的情况下使用，以确保线程之间私有变量的独立性；我们还可以在某些时候使用线程本地变量解决线程同步的问题，在需要同步的地方，使用ThreadLocal来定义变量，可以避免锁等待，大大提高了执行效率。

在Android Handler消息机制中，就用到了ThreadLocal，用它来实现每个线程都有独立的Looper对象的问题。其实在Android中，线程本地对象有大量的使用，这里只是简单列举2个。

Looper类

    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));     } 

Looper对象使用线程本地对象，实现了每个线程中，都存在一个线程自己的Looper对象，并且实现了每个线程独立的loop消息循环。

ActivityThread类

    private static final ThreadLocal<Intent> sCurrentBroadcastIntent = new ThreadLocal<Intent>(); 

Receiver处理时，也用到了线程本地对象。

原理分析

接下来，我们来分析线程本地对象的实现原理。

线程私有内存区域

Java虚拟机在执行代码的时，内存区域以是否是线程私有可以分为2大部分：线程私有区域和线程共享区域。

线程私有区域包含：

• 程序计数器。
• 虚拟机栈。
• 本地方法栈。

如果我们的变量创建并运行在线程私有区域，则它天然就支持了线程私有。那么ThreadLocal是这样吗？根据我们的常用的使用场景和实例来看，很明显它不是！

ThreadLocal又是如何实现线程私有的呢？

ThreadLocal源码分析

我们从源码来分析它的实现。

构造函数

    public ThreadLocal() {     } 

它有一个空构造函数，只是创建了一个ThreadLocal对象。

set/get方法

当创建一个ThreadLocal对象后，我们需要调用set方法来设置线程本地对象的值，使用get方法来获取对象值。

    public void set(T value) {         Thread t = Thread.currentThread();         ThreadLocalMap map = getMap(t);         if (map != null)             map.set(this, value);         else             createMap(t, value);     }     public T get() {         Thread t = Thread.currentThread();         ThreadLocalMap map = getMap(t);         if (map != null) {             ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);             if (e != null) {                 @SuppressWarnings("unchecked")                 T result = (T)e.value;                 return result;             }         }         return setInitialValue();     } 

逻辑解析：

1. get和set方法中，首先获取当前线程对象。
2. 调用getMap获得当前线程的线程本地对象列表（一个ThreadLocalMap对象）。
3. set方法中，如果列表为空，则创建列表，如果不为空，则以当前对象为key，以value为值，添加到列表中。
4. get方法中，调用ThreadLocalMap的getEntry来获取所查找对象的值。

线程本地对象的存储列表

我们来看线程本地对象的列表是如何声明和存储的。

ThreadLocal的getMap方法：

    ThreadLocalMap getMap(Thread t) {         return t.threadLocals;     } 

getMap方法返回的是当前线程的threadLocals对象。

Thread类中的定义：

    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null; 

threadLocals对象，是ThreadLocal静态内部类ThreadLocalMap的对象。

ThreadLocal静态内部类ThreadLocalMap

ThreadLocalMap负责存储当前线程中的所有线程本地对象，它是一个自定义的容器类。

ThreadLocalMap初始化

    static class ThreadLocalMap {         private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;         static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {             /** The value associated with this ThreadLocal. */             Object value;              Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {                 super(k);                 value = v;             }         }         private Entry[] table;         ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {             table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];             int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);             table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);             size = 1;             setThreshold(INITIAL_CAPACITY);         }     } 

1. ThreadLocalMap负责存储线程本地对象，它的构造函数中，创建了一个Entry的对象数组，用来存储变量。
2. Entry是一个它的一个内部类，key是ThreadLocal对象，value是我们存储的对象，类型为Object。
3. Entry的key是弱引用对象。
4. 数组的初始容量是16，可扩容。

我们来看它的添加元素的方法：

ThreadLocal的set方法，调用ThreadLocalMap的set方法来添加元素。

        private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {              ……             tab[i] = new Entry(key, value);             ……         } 

获得对象的getEntry方法：

ThreadLocal的get方法，调用ThreadLocalMap的getEntry方法来获取元素。

        private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {             int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);             Entry e = table[i];             if (e != null && e.get() == key)                 return e;             else                 return getEntryAfterMiss(key, i, e);         } 

总结

本文分析了ThreadLocal实现线程本地对象的原理及源码解析。我们来总结一下：

1. 线程本地对象中，变量在每个线程中都独立存在一个对象。
2. 每个线程都有一个threadLocals属性来存放，当前线程的本地对象，所以它的线程私有的关键就在这里。
3. threadLocals是ThreadLocal的内部静态类ThreadLocalMap的实例。
4. ThreadLocalMap在内部使用数组的形式存放元素的，元素是它的一个内部类Entry的类型，Entry类型存储了ThreadLocal对象的弱引用作为key，线程本地对象作为value存储的。
5. ThreadLocal创建后，使用set方法设置线程本地对象，使用get方法来获取对象的值。
6. ThreadLocal使用后，要调用它的remove方法删除掉，以避免内存泄漏。（虽然Entry的key是一个ThreadLocal的弱引用对象，但它的value并不是，可能会存在泄漏）。