Android的消息机制之ThreadLocal的工作原理

提到消息机制大家应该都不陌生,在日常开发中不可避免地要涉及到这方面的内容。从开发的角度来说,Handler是Android消息机制的上层接口,这使得开发过程中只需要和Handler交互即可。Handler的使用过程很简单,通过它可以轻松地将一个任务切换到Handler所在的线程中去执行。很多人认为Handler的作用是更新UI,这说的的确没错,但是更新UI仅仅是Handler的一个特殊的使用场景,具体来说是这样的:有时候需要在子线程中进行耗时的IO操作,这可能是读取文件或者访问网络等,当耗时操作完成以后可能需要在UI上做一些改变,由于Android开发规范的限制,我们并不能在主线程中访问UI控件,否则就会触发程序异常,这个时候通过Handler就可以将更新UI的操作切换到主线程中执行。因此,本质上来说,Handler并不是专门用于更新UI的,它只是常被大家用来更新UI。

Android的消息机制主要是指Handler的运行机制,Handler的运行需要底层的MessageQueue和Looper的支撑。MessageQueue的中文翻译是消息队列,顾名思义它的内部存储了一组消息,其以队列的形式对外提供插入和删除的工作,虽然叫做消息队列,但是它的内部存储结构并不是真正的队列,而是采用单链表的数据结构来存储消息列表。Looper的中文翻译为循环,在这里可以理解为消息循环,由于MessageQueue只是一个消息的存储单元,它不能去处理消息,而Looper就填补了这个功能,Looper会以无限循环的形式去查找是否有新消息,如果有的话就处理消息,否则就一直等待着。Looper中还有一个特殊的概念,那就是ThreadLocal,ThreadLocal并不是线程,它的作用是可以在每个线程中存储数据。大家知道,Handler创建的时候会采用当前线程的Looper来构造消息循环系统,那么Handler内部如何获取到当前线程的Looper呢?这就要使用ThreadLocal了,ThreadLocal可以在不同的线程之中互不干扰地存储并提供数据,通过ThreadLocal可以轻松获取每个线程的Looper。当然需要注意的是,线程是默认没有Looper的,如果需要使用Handler就必须为线程创建Looper。大家经常提到的主线程,也叫UI线程,它就是ActivityThread,ActivityThread被创建时就会初始化Looper,这也是在主线程中默认可以使用Handler的原因。

ThreadLocal是一个线程内部的数据存储类,通过它可以在指定的线程中存储数据,数据存储以后,只有在指定线程中可以获取到存储的数据,对于其它线程来说无法获取到数据。在日常开发中用到ThreadLocal的地方较少,但是在某些特殊的场景下,通过ThreadLocal可以轻松地实现一些看起来很复杂的功能,这一点在Android的源码中也有所体现,比如Looper、ActivityThread以及AMS中都用到了ThreadLocal。具体到ThreadLocal的使用场景,这个不好统一地来描述,一般来说,当某些数据是以线程为作用域并且不同线程具有不同的数据副本的时候,就可以考虑采用ThreadLocal。比如对于Handler来说,它需要获取当前线程的Looper,很显然Looper的作用域就是线程并且不同线程具有不同的Looper,这个时候通过ThreadLocal就可以轻松实现Looper在线程中的存取,如果不采用ThreadLocal,那么系统就必须提供一个全局的哈希表供Handler查找指定线程的Looper,这样一来就必须提供一个类似于LooperManager的类了,但是系统并没有这么做而是选择了ThreadLocal,这就是ThreadLocal的好处。

ThreadLocal另一个使用场景是复杂逻辑下的对象传递,比如监听器的传递,有些时候一个线程中的任务过于复杂,这可能表现为函数调用栈比较深以及代码入口的多样性,在这种情况下,我们又需要监听器能够贯穿整个线程的执行过程,这个时候可以怎么做呢?其实就可以采用ThreadLocal,采用ThreadLocal可以让监听器作为线程内的全局对象而存在,在线程内部只要通过get方法就可以获取到监听器。而如果不采用ThreadLocal,那么我们能想到的可能是如下两种方法:第一种方法是将监听器通过参数的形式在函数调用栈中进行传递,第二种方法就是将监听器作为静态变量供线程访问。上述这两种方法都是有局限性的。第一种方法的问题时当函数调用栈很深的时候,通过函数参数来传递监听器对象这几乎是不可接受的,这会让程序的设计看起来很糟糕。第二种方法是可以接受的,但是这种状态是不具有可扩充性的,比如如果同时有两个线程在执行,那么就需要提供两个静态的监听器对象,如果有10个线程在并发执行呢?提供10个静态的监听器对象?这显然是不可思议的,而采用ThreadLocal每个监听器对象都在自己的线程内部存储,根据就不会有方法2的这种问题。

介绍了那么多ThreadLocal的知识,可能还是有点抽象,下面通过实际的例子为大家演示ThreadLocal的真正含义。首先定义一个ThreadLocal对象,这里选择Boolean类型的,如下所示:

private ThreadLocal<Boolean>mBooleanThreadLocal = new ThreadLocal<Boolean>();

然后分别在主线程、子线程1和子线程2中设置和访问它的值,代码如下所示:

mBooleanThreadLocal.set(true);Log.d(TAG, "[Thread#main]mBooleanThreadLocal=" + mBooleanThreadLocal.get());new Thread("Thread#1") {@Overridepublic void run() {mBooleanThreadLocal.set(false);Log.d(TAG, "[Thread#1]mBooleanThreadLocal=" + mBooleanThreadLocal.get());};}.start();new Thread("Thread#2") {@Overridepublic void run() {Log.d(TAG, "[Thread#2]mBooleanThreadLocal=" + mBooleanThreadLocal.get());};}.start();

在上面的代码中,在主线程中设置mBooleanThreadLocal的值为true,在子线程1中设置mBooleanThreadLocal的值为false,在子线程2中不设置mBooleanThreadLocal的值,然后分别在3个线程中通过get方法去mBooleanThreadLocal的值,根据前面对ThreadLocal的描述,这个时候,主线程中应该是true,子线程1中应该是false,而子线程2中由于没有设置值,所以应该是null,安装并运行程序,日志如下所示:

D/TestActivity(8676):[Thread#main]mBooleanThreadLocal=true

D/TestActivity(8676):[Thread#1]mBooleanThreadLocal=false

D/TestActivity(8676):[Thread#2]mBooleanThreadLocal=null

谁的指间滑过了千年时光;谁在反反复复中追问可曾遗忘;

Android的消息机制之ThreadLocal的工作原理

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