面试官问我：ThreadLocal的原理是什么，Looper对象为什么要存在ThreadLocal中？

Posted 2023-02-16 天才少年_

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1.前言

最近看到网络上都说现在内卷化严重，面试很难，作为颜值担当的天才少年_也开始了面试之路，既然说面试官各个都是精锐，很不巧，老子打的就是精锐。

2.正文

天才少年_信心满满的来到某东的会议室，等待面试，决定跟他们好好切磋一翻。

小伙子，我是今天的面试官，看我的发型你应该知道我的技术有多强了，闲话不多说了，Looper对象使用ThreadLocal来保证每个线程有唯一的Looper对象，并且线程之间互不影响，这个知道吧，那么我们来聊聊ThreadLocal吧。

果然是精锐，这么直接，毫无前戏，看来得拿出真本领了。
ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本，从而实现线程隔离。

那给我讲讲Looper中是如何使用ThreadLocal的？

说这么多原来还是聊Looper的源码，哈哈，这可是我的强项。

如下是Looper类关于ThreadLocal的主要代码行
1）初始化ThreadLocal：

 // sThreadLocal.get() will return null unless you've called prepare().
    static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();

2）调用set方法可以存储当前线程的Looper对象，调用get方法获取当前线程的Looper对象：

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));
    

嗯，小伙子看来对Looper很熟悉，既然内卷，那我肯定不问Looper，我们来聊聊ThreadLocal的原理。

就知道会这么问，还好，那晚我跟小韩一起在办公室看源码，她偷偷告诉我她有了我的孩子。
不对，那晚好像是我一个人看源码的，不管了，我努力的回忆着ThreadLocal的源码。
1）我们先看看ThreadLocal的set方法：

public void set(T value) 
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    

可以看到先获取到当前线程t，随后通过getMap方法获取ThreadLocalMap对象，把value塞到ThreadLocalMap对象中，继续跟到getMap方法：

ThreadLocalMap getMap(Thread t) 
        return t.threadLocals;
    

这边就是从Thread对象中获取到threadLocals变量，让我们来看看threadLocals是什么，直接定位到Thread类中：

class Thread implements Runnable 
    /* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
     * by the ThreadLocal class. */
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
    ......
    

到这里是不是豁然开朗，原来每个Thread内部都有一个ThreadLocalMap对象，用来存储Looper。这样，每个线程在存储Looper对象到ThreadLocal中的时候，其实是存储在每个线程内部的ThreadLocalMap对象中，从而其他线程无法获取到Looper对象，实现线程隔离。

既然已经说到这里了，那给我讲讲ThreadLocalMap吧。

问吧，反正那晚很漫长，我们一起除了看源码，也没有做其他的事情，至于孩子怎么来的，我只能说我是个老实人，我什么都不知道。

1）先看下ThreadLocalMap的构造函数和关键成员变量：

        /**
         * The table, resized as necessary.
         * table.length MUST always be a power of two.
         */
        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);
        

2）通过Entry[] table可以知道，虽然他叫做ThreadLocalMap，但是底层竟然不是基于hashmap存储的，而是以数组形式。呸，渣男，表里不一。
那我们就不看他的外表了，去看看他的内在，Entry的定义如下：

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

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

可以看到，虽然他不是以hashmap的形式存储，但是Entry对象里面也是设计成key/value的形式解决hash冲突的。所以你可以想象成ThreadLocalMap是个数组，而存储在数组里面的各个对象是以key/value形式的Entry对象。

不好意思，打断一下，这边我有几个问题想问下，第一个是为什么要设计成数组？

这种问题还问，我们中台返回数据给客户端的时候，不全是凭心情吗，明明就只返回一个对象，他非要返回一个数组，这tm我怎么知道为什么要这么设计，可能写ThreadLocalMap的工程师是我们中台的同学吧，哈哈。
抱怨归抱怨，我大脑开始疯狂运转，这得从ThreadLocal的set方法说起，那我们继续深入看set方法吧：
1）ThreadLocal的set方法：

 public void set(T value) 
        Thread t = Thread.currentThread();
        ThreadLocalMap map = getMap(t);
        if (map != null)
            map.set(this, value);
        else
            createMap(t, value);
    

2）上面已经讲过，set方法是先获取到当前线程t，随后通过getMap方法获取ThreadLocalMap对象，然后把this作为key，Looper作为value塞到ThreadLocalMap对象中，this是什么，就是当前类对象呗，也就是ThreadLocal，到这里，我应该能够解答糟老头子，不对，是面试官的问题了，ThreadLocalMap设计成数组，肯定是有些线程里面不止一个ThreadLocal对象，可能会初始化多个，这样存储的时候就需要数组了。
为了弄清楚，ThreadLocalMap是如何存储的，我们继续看下ThreadLocalMap的set方法，谁让咱是个好奇心很重的人呢。

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) 

            // We don't use a fast path as with get() because it is at
            // least as common to use set() to create new entries as
            // it is to replace existing ones, in which case, a fast
            // path would fail more often than not.

            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

            for (Entry e = tab[i];
                 e != null;
                 e = tab[i = nextIndex(i, len)]) 
                ThreadLocal<?> k = e.get();

                if (k == key) 
                    e.value = value;
                    return;
                

                if (k == null) 
                    replaceStaleEntry(key, value, i);
                    return;
                
            

            tab[i] = new Entry(key, value);
            int sz = ++size;
            if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                rehash();
        

代码量不大，int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);这段代码我相信经常面试头条的同学应该不陌生（面试必问题目，hashmap的源码）这段代码跟hashmap中key的hash值的计算规则一致，目的就是为了解决hash冲突，寻找数组插入下标的。

再往下是个for循环，里面是寻找可插入的位置，如果需要插入的key在数组中已存在，则直接把需要插入的value覆盖到数组中的vaule上：

if (k == key) 
    e.value = value;
    return;

如果key为空，则创建出Entry对象，放在该位置上：

if (k == null) 
    replaceStaleEntry(key, value, i);
    return;

如果上面两种情况都不满足，那就寻找下一个位置i，继续循环上面的两个判断，直到找到可以插入或者刷新的位置。

e = tab[i = nextIndex(i, len)]

那顺便把get方法也讲下吧。

服务肯定会全套，不用你问，我也会讲get方法的逻辑，这是咱技工（技术工种）的职业操守。
1）ThreadLocal的get方法如下：

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();
    

跟set方法类似，先获取到当前线程t，随后通过getMap方法获取ThreadLocalMap对象，再通过getEntry获取到Enety对象：
2）getEntry方法如下所示：

 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);

int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);又是非常熟悉的代码，通过该方法获取到数组下标i，如果该位置的Entry对象中的key跟当前的TreadLocal一致，则返回该Entry对象，否则继续执行getEntryAfterMiss方法：

 private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) 
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;

            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;
        

代码很容易理解，开启循环查找，如果当前ThreadLocal跟数组下标i对应的Entry对象的key相等，则返回当前Entry对象；
如果数组下标I对应的Entry对象的key为空，则执行expungeStaleEntry(i)方法，从方法命名就知道，删除废弃的Entry对应，其实就是做了次内存回收，expungeStaleEntry源码如下所示：

 private int expungeStaleEntry(int staleSlot) 
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;

            // expunge entry at staleSlot
            tab[staleSlot].value = null;
            tab[staleSlot] = null;
            size--;

            // Rehash until we encounter null
            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) 
                        tab[i] = null;

                        // Unlike Knuth 6.4 Algorithm R, we must scan until
                        // null because multiple entries could have been stale.
                        while (tab[h] != null)
                            h = nextIndex(h, len);
                        tab[h] = e;
                    
                
            
            return i;
        

我们主要看如下几行代码：

if (k == null) 
     e.value = null;
     tab[i] = null;

这个方法其实实现的功能就是，如果数组中，某个Entry对象的key为空，该方法会释放掉value对象和Entry对象。
再回到上面，如果ThreadLocal跟数组下标i对应的Entry对象的key既不相等，也不为空，则调用nextIndex方法，向下查找，跟set方法的nextIndex方法一致。

嗯，小伙可以啊，ThreadLocal理解算比较透彻了，但是既然你过来打精英，那咱们就再深入一点，聊聊为什么Entry对象要key设置成弱引用呢？还有ThreadLocal是否存在内存泄露呢？

传统面试其实讲究点到为止，点到为止我就通过了，如果我使劲吹牛逼，一下就能把他忽悠懵逼。这个年轻人不讲面德，来！骗！来！内卷我一个老客户端，这好吗？这不好，我劝，这位面试官，耗子尾汁，好好反思，以后不要再出这种面试题，IT人应该以和为贵，谢谢！

既然来面试，我肯定是跟小韩单独相处了好几个夜晚，不对，是看了好几个夜晚的源码。
让我们再回顾下Entry的构造函数：

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

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

从构造函数可以看到，Entry对象中的key，即ThreadLocal对象为弱引用，为了再秀一把技术，我先普及下弱引用的定义吧：

弱引用：在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程，因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。

接下来的这段话要仔细读几遍哦，画重点啦。

key如果不是WeakReference弱引用，则如果某个线程死循环，则ThreadLocalMap一直存在，引用住了ThreadLocal，导致ThreadLocal无法释放，同时导致value无法释放；当是WeakReference弱引用时，即使线程死循环，当创建ThreadLocal的地方释放了，ThreadLocalMap的key会同样被被释放，在调用getEntry时，会判断如果key为null，则会释放value，内存泄露则不存在。当然ThreadLocalMap类也提供remove方法，该方法会帮我们把当前ThreadLocal对应的Entry对象清除，从而不会内存泄露，所以如果我个人觉得如果每次在不需要使用ThreadLocal的时候，手动调用remove方法，也不存在内存泄露。

嗯，不错不错，深度挖得差不多了，我们再回到表明来，说说为什么Looper对象要存在ThreadLocal中，为什么不能公用一个呢？

果然是资深面试官，问题由浅入深，再回到问题本质中来，这技术能力，对得起他那脱落的毛发。

首先，个人觉得，技术上，Looper对象可以公用一个全局的，即每个线程公用同一个Looper对象，但是为了线程安全，我们就要进行线程同步处理，比如加同步锁，这样运行效率会降低，另外一方面Andriod系统如果5秒内没有处理Looper消息，则会造成ANR，加同步锁会增加ANR的几率。

可以了，你对ThreadLocal的了解比较全面了，把我打动了，回去等offer吧。