在理解Handler、Looper之前，先来说说ThreadLocal这个类，听名字好像是一个本地线程的意思，实际上它并不是一个Thread，而是提供一个与线程有关的局部变量功能，每个线程之间的数据互不影响。我们知道使用Handler的时候，每个线程都需要有一个looper对象，那么andorid中是怎么保存这个对象的呢，使用的就是ThreadLocal。
首先我们来看看主线程中looper是怎么初始化的。
在应用启动时，会线调用Looper.prepareMainLooper()方法，在这个方法里面会去初始化主线程需要用的looper对象
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
public static void prepareMainLooper() {
prepare(false);
synchronized (Looper.class) {
if (sMainLooper != null) {
throw new IllegalStateException("The main Looper has already been prepared.");
}
sMainLooper = myLooper();
}
}
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
//调用ThreadLocal的set()方法来保存一个looper对象
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}
我们看到在Looper类中会在它被加载的时候将ThreadLocal对象创建出来，它是一个静态的变量。在我们初始化主线程的looper的时候，实际上就是直接new Looper()然后将其放在了ThreadLocal中的。
下面我们将从set()方法作为入口来具体分析ThreadLocal是怎么实现的。
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
ThreadLocal使用了泛型，该泛型就是需要存储的数据类型。在set()方法内部，首先取得了当前的线程，然后在线程对象中获取了一个threadLocals对象，在Thread类中有这么一个字段定义ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;，这个threadLocals对象是一个ThreadLocalMap类型的数据，默认在Thread线程中空的，看源码发现它是ThreadLocal的一个静态内部类。如果threadLocals不为null，那么久调用ThreadLocalMap.set(ThreadLocal<?> key, Object value)方法，否则就初始化threadLocals，它的初始化很简单，直接在当前的线程对象中给threadLocals创建了一个ThreadLocal对象，同时将值保存进ThreadLocalMap中作为第一个值。
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
到这里发现数据的具体存储还是在ThreadLocalMap这个类中。
在说ThreadLocalMap之前先看看ThreadLocal里面的一个小东西。
//该hash值可以唯一确定一个threadlocal对象，每创建一个threadlocal对象，该hash值都是唯一的
private final int threadLocalHashCode = nextHashCode();
//原子类，保证多线程下唯一
private static AtomicInteger nextHashCode =
new AtomicInteger();
private static final int HASH_INCREMENT = 0x61c88647;
private static int nextHashCode() {
return nextHashCode.getAndAdd(HASH_INCREMENT);
}
在ThreadLocal中还定义了如下的hash值，它在ThreadLocalMap中使用，可以唯一的确定一个threadlocal对象。
我们接着看看ThreadLocalMap中的构造方法和set方法。
//Entry是继承自WeakReference的软引用，ThreadLocal作为key对它软引用，
//同时也是一个key-value的键值对
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
private static final int INITIAL_CAPACITY = 16;
private Entry[] table;
private int size = 0;
ThreadLocalMap(ThreadLocal<?> firstKey, Object firstValue) {
//创建默认大小为16的Entry数组
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
//通过hash计算出index
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
size = 1;
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}
firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1) 可能会让人迷惑，实际上它和firstKey.threadLocalHashCode%INITIAL_CAPACITY的计算结果是一样的，保证index的值在0到INITIAL_CAPACITY之间，不包含INITIAL_CAPACITY。但是这个前提是INITIAL_CAPACITY的值必须为2n...。
2n的二进制的表示为1000...，那么2n-1的二进制表示为0111...。是不是感觉好像发现了什么？和2n-1求与刚好是将余数部分给取出来，使用这种方式来计算index的速度要比直接使用%要快，但是是使用这个方式的前提就是INITIAL_CAPACITY的值必须为2n。
private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {
ab = table;
int len = tab.length;
//不同的threadlocal对象，可能计算出来的index会一样
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
//如果在index的地方找到了相同的key，就直接覆盖
if (k == key) {
e.value = value;
return;
}
//如果发现有entry但是key被回收了，则覆盖
if (k == null) {
replaceStaleEntry(key, value, i);
return;
}
}
//如果找了一圈还是没有找到entry，那么就直接创建一个entry添加进去
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
rehash();
}
这里需要明白一个地方：如果在当前index中找到了一样的key，就直接覆盖，如果找到了entry但是key被回收了那么就替换数据，如果key不一样的话就在下一个index继续刚刚的判断。只要在某一个index中没有找到entry对象，则直接创建一个新的entry插入。
private void replaceStaleEntry(ThreadLocal<?> key, Object value,int staleSlot) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
Entry e;
//staleSlot是一个旧数据，key被回收了，我们称它为旧数据吧
//从staleSlot往前找到另外一个旧数据的index
int slotToExpunge = staleSlot;
for (int i = prevIndex(staleSlot, len);
(e = tab[i]) != null;//这里只要为null就退出循环
i = prevIndex(i, len))
if (e.get() == null)
slotToExpunge = i;
//从staleSlot往后清除旧数据
for (int i = nextIndex(staleSlot, len);
(e = tab[i]) != null;
i = nextIndex(i, len)) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
//如果找到了key相同的地方就替换数据
if (k == key) {
e.value = value;
//交换staleSlot和i这两个位置的数据，此时tab[i]是一个旧数据
tab[i] = tab[staleSlot];
//staleSlot位置是一个新的数据
tab[staleSlot] = e;
//如果staleSlot前面不存在其他的旧数据，就记录下i这个就数据(它和staleSlot交换了数据，所以i这里变为了旧数据)
if (slotToExpunge == staleSlot)
slotToExpunge = i;
//清除旧数据
cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
return;
}
//如果找到旧数据，并且staleSlot前面没有旧数据，记录当前i
if (k == null && slotToExpunge == staleSlot)
slotToExpunge = i;
}
//方便GC回收它
tab[staleSlot].value = null;
//使用一个新的entry替换掉staleSlot位置的旧数据
tab[staleSlot] = new Entry(key, value);
//清除其他位置的旧数据，staleSlot被新数据给替换了
if (slotToExpunge != staleSlot)
cleanSomeSlots(expungeStaleEntry(slotToExpunge), len);
}
当key被回收的时候，会走到该方法中来。staleSlot是一个key被回收的数据，我们无法外面获取它，所以需要处理掉这些旧数据。这里替换数据分为两种情况：
1、如果在staleSlot后面找到了相同的key，则在找到的地方覆盖value同时和staleSlot交换位置
2、如果没有找到key，就在staleSlot重新创建新的entry覆盖旧数据
private int expungeStaleEntry(int staleSlot) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
//清除旧数据
tab[staleSlot].value = null;
tab[staleSlot] = null;
size--;
Entry e;
int i;
for (i = nextIndex(staleSlot, len);
(e = tab[i]) != null;
i = nextIndex(i, len)) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == null) {
e.value = null;
tab[i] = null;
size--;
} else {
int h = k.threadLocalHashCode & (len - 1);
if (h != i) {
//重新放置entry数据
tab[i] = null;
while (tab[h] != null)
h = nextIndex(h, len);
tab[h] = e;
}
}
}
return i;
}
//清除staleSlot后面的旧数据，每调用一次expungeStaleEntry(),从该方法返回值继续清除后面的旧数据
private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {
boolean removed = false;
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
do {
i = nextIndex(i, len);
Entry e = tab[i];
if (e != null && e.get() == null) {
n = len;
removed = true;
i = expungeStaleEntry(i);
}
} while ( (n >>>= 1) != 0);
return removed;
}
在前面构造方法中调用了setThreshold(INITIAL_CAPACITY)这个方法，设置一个数组大小的阈值，如果数组中的数据个数超过了它那么就调用rehash()行扩展处理。
private void rehash() {
expungeStaleEntries();
if (size >= threshold - threshold / 4)
resize();
}
//这里会便利所有的元素来进行旧数据的清除处理
private void expungeStaleEntries() {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
for (int j = 0; j < len; j++) {
Entry e = tab[j];
if (e != null && e.get() == null)
expungeStaleEntry(j);
}
}
//重新计算大小，扩容处理在这里面处理
private void resize() {
Entry[] oldTab = table;
int oldLen = oldTab.length;
//在原来的基础上扩大2倍
int newLen = oldLen * 2;
Entry[] newTab = new Entry[newLen];
int count = 0;
for (int j = 0; j < oldLen; ++j) {
Entry e = oldTab[j];
if (e != null) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == null) {
e.value = null; // GC回收
} else {
int h = k.threadLocalHashCode & (newLen - 1);
while (newTab[h] != null)
h = nextIndex(h, newLen);
//如果为null则将原数组中的数据添加进来
newTab[h] = e;
count++;
}
}
}
setThreshold(newLen);
size = count;
table = newTab;
}
set()方法的分析到上面就结束了，有了上面的经验，get()方法分析起来就更简单了。简单说一下get()方法。具体的说明看注释
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
//获取线程关联的LocalThreadMap
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
//如果entry不为null就返回value值
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
//返回初始化的值，如果不覆写initialValue()这里的返回值就是null
return setInitialValue();
}
private T setInitialValue() {
//ThreadLocal有一个默认的initialValue()方法返回null
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
//初始化threadlocalmap
createMap(t, value);
return value;
}
最终还是会调用ThreadLocalMap的getEntry()方法
private Entry getEntry(ThreadLocal<?> key) {
int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
Entry e = table[i];
//匹配到可以就返回
if (e != null && e.get() == key)
return e;
else
//key被回收的话获取数据调用此方法
return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}
private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
//向右查找，找到就返回，找不到就返回null
while (e != null) {
ThreadLocal<?> k = e.get();
if (k == key)
return e;
if (k == null)
expungeStaleEntry(i);
else
i = nextIndex(i, len);
e = tab[i];
}
return null;
}
内存泄漏
在ThreadLocalMap中对key使用了软引用，当threadlocal对象在外面没有被使用的时候，gc就有可能会回收它，这样就导致了value值被ThreadLocalMap强引用无法释放调用造成内存泄漏，除非是ThreadLocalMap关联的thread线程被回收。只要线程还存活，就真的是内存泄漏了。尤其是在线程池中线程被重复使用，如果ThreadLocal使用不当就很容易造成内存泄漏了。
所以为了避免出现这种情况，在我们使用ThreadLocal的时候，如果不在需要使用threadlocal了，一定要先调用一次remove方法来清除数据。
当然在我们每次set和get的时候也会去处理一些旧数据，但是只要不去调用这些get和set方法，就不会触发去清理旧数据。
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