Android的消息机制之ThreadLocal的工作原理
ThreadLocal 可以把一个对象保存在指定的线程中，对象保存后，只能在指定线程中获取保存的数据，对于其他线程来说则无法获取到数据。
日常开发中 ThreadLocal 使用的地方比较少，但是系统在 Handler 机制中使用了它来保证每一个 Handler 所在的线程中都有一个独立的 Looper 对象，为了更好的理解 Handler 机制
ThreadLocal 是什么
ThreadLocal 位于 java.lang 包下。
ThreadLocal 是一个关于创建线程局部变量的类。
什么是线程的局部变量呢？
其实就是这个变量的作用域是线程，其他线程访问不了。通常我们创建的变量是可以被任何一个线程访问的，而使用 ThreadLocal 创建的变量只能被当前线程访问，其他线程无法访问。
使用示例
先来看看一个使用 ThreadLocal 的示例，对 ThreadLocal 有一个基本、直观的认识。
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private static final String TAG = "ThreadLocalTest";
private ThreadLocal<String> stringThreadLocal = new ThreadLocal<>();
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
stringThreadLocal.set("MainThread");
Log.d(TAG, "MainThread‘s stringThreadLocal=" + stringThreadLocal.get());
new Thread("Thread#1") {
@Override
public void run() {
Log.d(TAG, "Thread#1‘s stringThreadLocal=" + stringThreadLocal.get());
}
}.start();
}
}首先创建了一个 泛型为 String 的 ThreadLocal 对象，并初始化。这样就有了一个可以保存 String 类型的 ThreadLocal 对象。接着在主线程和子线程中分别操作该对象，使用 set 方法赋值，get 方法取值，注意看每个线程中的打印结果。
D/ThreadLocalTest: MainThread‘s stringThreadLocal = MainThread D/ThreadLocalTest: Thread#1‘s stringThreadLocal = null
可以看到，MainThread 对 stringThreadLocal 的修改并没有影响到 Thread#1 中的值。说明了使用 ThreadLocal 保存的对象的作用域是当前线程。
Looper 中的使用
再来看看 Android 源码中 Looper.java 是怎样使用 ThreadLocal 的。
// sThreadLocal.get() will return null unless you‘ve called prepare().
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
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));
}这里使用 ThreadLocal 保存 Looper，确保每个线程中只有一个 Looper 对象。
修改默认值
从上面的示例中，我们看到 ThreadLocal 保存的对象默认值是 null。如果我们需要给定一个默认的值，就需要重写 initialValue 方法，该方法默认返回 null，我们可以根据具体要求返回需要的值，如下所示。
private ThreadLocal<Boolean> booleanThreadLocal = new ThreadLocal<Boolean>(){
@Override
protected Boolean initialValue() {
return false;
}
};ThreadLocal 还有一个对外提供的方法 remove，看名字就知道这是删除已经保存的数据的。
原理
set 方法
ThreadLocal 的 public 方法，只有三个：set、get、remove。我们先从 set 方法入手。
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}set 方法进行了如下几部操作：
1.获取当前线程
2.使用当前线程获取一个 ThreadLocalMap 对象
3.如果获取到的 map 对象不为空，则设置值，否则创建 map 设置值
下面是 getMap 源码：
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}上面代码获取到的是 Thread 对象的 threadLocals 变量，类型为 ThreadLocal.ThreadLocalMap。
而如果 map 对象为空，则新建 ThreadLocalMap 对象。
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}结论：原来每个线程都有一个保存值的 ThreadLocalMap 对象，ThreadLocal 的值就存放在了当前线程的 ThreadLocalMap 成员变量中，所以只能在本线程访问，其他线程不能访问。
我们在看看具体的保存方法：ThreadLocalMap#set
private void set(ThreadLocal key, Object value) {
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();
}上面的代码实现了数据的存储，其中 table 是一个 Entry[] 数组对象，而 Entry 是用来存储 ThreadLocal key, Object value 的，逻辑是根据 key 找出 Entry 对象，如果找出的这个 Entry 的 k 等于 key，直接设置 Entry 的 value，如果 k 为空，则通过 replaceStaleEntry 保存数据，最后构建出 Entry 保存进 table 数组中。
Entry 对象是怎样保存 key 和 value 的呢？
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}原来 Entry 继承了 WeakReference<ThreadLocal>，那么通过 Entry 对象的 get 方法就可以获取到一个弱引用的 ThreadLocal 对象。扩展了一个 Object 类型的 value 对象，并且在构造方法中进行了初始化赋值。Entry 保存了 ThreadLocal(key) 和 对应的值(value)，其中 ThreadLoacl 是通过弱引用的形式，避免了线程池线程复用带来的内存泄露。
get 方法
看完 set 方法，再来看看 get 方法的源码：
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null)
return (T)e.value;
}
return setInitialValue();
}get 方法首先取出当前线程的 ThreadLocalMap 对象，如果这个对象为空，则返回默认值；如果不为空，使用当前 ThreadLoacl 对象(this)获取 ThreadLocalMap 的 Entry 对象，返回 Entry 保存的 value 值。
从 ThreadLoacl 的 set 和 get 方法来看，它们操作的对象都是当前线程对象中的 ThreadLocalMap 对象的 Entry[] 数组，因此在不同的线程中访问同一个 ThreadLoacl 的 set 和 get 方法，操作的对应线程中的数据，所以不会影响到其他线程。
通过Entry数组保存局部变量。通过key（ThreadLocal类型）的hashcode来计算数组存储的索引位置i。如果i位置已经存储了对象，那么就往后挪一个位置依次类推，直到找到空的位置，再将对象存放。另外，在最后还需要判断一下当前的存储的对象个数是否已经超出了阈值（threshold的值）大小，如果超出了，需要重新扩充并将所有的对象重新计算位置。
线程保存ThreadLocalMap对象，对象主要通过Entry[]数组存放键{threadlocal}值，通过threadlocal的threadLocalHashCode定位存放数组位置，Entry extendsWeakReference<ThreadLocal> 的value保存变量副本，通过Entry.get获取threadlocal。
如果这里使用普通的key-value形式来定义存储结构，实质上就会造成节点的生命周期与线程强绑定，只要线程没有销毁，那么节点在GC分析中一直处于可达状态，没办法被回收，而程序本身也无法判断是否可以清理节点。弱引用是Java中四档引用的第三档，比软引用更加弱一些，如果一个对象没有强引用链可达，那么一般活不过下一次GC。当某个ThreadLocal已经没有强引用可达，则随着它被垃圾回收，在ThreadLocalMap里对应的Entry的键值会失效，这为ThreadLocalMap本身的垃圾清理提供了便利。
ThreadLocalMap维护了Entry环形数组，数组中元素Entry的逻辑上的key为某个ThreadLocal对象（实际上是指向该ThreadLocal对象的弱引用），value为代码中该线程往该ThreadLoacl变量实际塞入的值。
从ThreadLocal读一个值可能遇到的情况：根据入参threadLocal的threadLocalHashCode对表容量取模得到 index
- 如果index对应的slot就是要读的threadLocal，则直接返回结果
- 调用getEntryAfterMiss线性探测，过程中每碰到无效slot，调用expungeStaleEntry进行段清理；如果找到了key，则返回结果entry
- 没有找到key，返回null
ThreadLocal的set方法可能会有的情况。
- 探测过程中slot都不无效，并且顺利找到key所在的slot，直接替换即可
- 探测过程中发现有无效slot，调用replaceStaleEntry，效果是最终一定会把key和value放在这个slot，并且会尽可能清理无效slot
- 在replaceStaleEntry过程中，如果找到了key，则做一个swap把它放到那个无效slot中，value置为新值
- 在replaceStaleEntry过程中，没有找到key，直接在无效slot原地放entry
- 探测没有发现key，则在连续段末尾的后一个空位置放上entry，这也是线性探测法的一部分。放完后，做一次启发式清理，如果没清理出去key，并且当前table大小已经超过阈值了，则做一次rehash，rehash函数会调用一次全量清理slot方法也即expungeStaleEntries，如果完了之后table大小超过了threshold – threshold / 4，则进行扩容2倍
问题如下：
1、每个线程的变量副本是存储在哪里的？
可以从ThreadLocal的get函数
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null)
return (T)e.value;
}
return setInitialValue();
}其中getmap函数是用t(这里t就是当前执行的线程)作为参数，得到线程ThreadLocalMap对象的本地对象引用threadLocals而通过map.getEntry(this)这里的this就是ThreadLocal获取到存的值
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}当前线程中，有一个变量引用名字是threadLocals，这个引用是在ThreadLocal类中createmap函数内初始化的。每个线程都有一个这样的threadLocals引用的ThreadLocalMap，以ThreadLocal和ThreadLocal对象声明的变量类型作为参数
public class Thread implements Runnable {
...
/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
* by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
...
}从而得知，get函数就是通过getMap(t)，的t.threadLocals
从当前线程的ThreadLocalMap中取出当前线程对应的变量的副本【注意，变量是保存在线程中的，而不是保存在ThreadLocal变量中】。当前线程中，有一个变量引用名字是threadLocals，这个引用是在ThreadLocal类中createmap函数内初始化的。每个线程都有一个这样的threadLocals引用的ThreadLocalMap，以ThreadLocal和ThreadLocal对象声明的变量类型作为参数。这样，我们所使用的ThreadLocal变量的实际数据，通过get函数取值的时候，就是通过取出Thread中threadLocals引用的map，然后从这个map中根据当前threadLocal作为参数，取出数据。
ThreadLocal内存泄漏问题？
https://www.cnblogs.com/micrari/p/6790229.html
https://www.zybuluo.com/kiraSally/note/854555
Java ThreadLocal的演化、实现和场景
https://duanqz.github.io/2018-03-15-Java-ThreadLocal
正确理解Thread Local的原理与适用场景
http://www.jasongj.com/java/threadlocal/
ThreadLocal类型变量为何声明为静态？
https://blog.csdn.net/chicm/article/details/40894299
内存泄露
