Android如何保證一個線程最多只能有一個Looper？

1. 如何創建Looper？

Looper的構造方法為private，所以不能直接使用其構造方法創建。

private Looper(boolean quitAllowed) {
    mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
    mThread = Thread.currentThread();
}

要想在當前線程創建Looper，需使用Looper的prepare方法，Looper.prepare()。
如果現在要我們來實現Looper.prepare()這個方法，我們該怎麼做？我們知道，Android中一個線程最多只能有一個Looper，若在已有Looper的線程中調用Looper.prepare()會拋出RuntimeException(“Only one Looper may be created per thread”)。面對這樣的需求，我們可能會考慮使用一個HashMap，其中Key為線程ID，Value為與線程關聯的Looper，再加上一些同步機制，實現Looper.prepare()這個方法，代碼如下：

public class Looper {

    static final HashMap looperRegistry = new HashMap();

    private static void prepare() {
        synchronized(Looper.class) {
            long currentThreadId = Thread.currentThread().getId();
            Looper l = looperRegistry.get(currentThreadId);
            if (l != null)
                throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
            looperRegistry.put(currentThreadId, new Looper(true));
        }
    }
    ...
}

上述方法對Looper.class對象進行了加鎖，這些加鎖開銷有可能造成性能瓶頸。
有沒有更好的方法實現Looper.prepare()方法？看一看Android的中Looper的源碼。

public class Looper {

    static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal();

    public static void prepare() {
       prepare(true);
    }

    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));
    }
    ...
}

prepare()方法中調用了ThreadLocal的get和set方法，然而整個過程沒有添加同步鎖，Looper是如何實現線程安全的?

2. ThreadLocal

ThreadLocal位於java.lang包中，以下是JDK文檔中對該類的描述

Implements a thread-local storage, that is, a variable for which each thread has its own value. All threads share the same ThreadLocal object, but each sees a different value when accessing it, and changes made by one thread do not affect the other threads. The implementation supports null values.

大致意思是，ThreadLocal實現了線程本地存儲。所有線程共享同一個ThreadLocal對象，但不同線程僅能訪問與其線程相關聯的值，一個線程修改ThreadLocal對象對其他線程沒有影響。

ThreadLocal為編寫多線程並發程序提供了一個新的思路。如下圖所示，我們可以將ThreadLocal理解為一塊存儲區，將這一大塊存儲區分割為多塊小的存儲區，每一個線程擁有一塊屬於自己的存儲區，那麼對自己的存儲區操作就不會影響其他線程。對於ThreadLocal，則每一小塊存儲區中就保存了與特定線程關聯的Looper。

3. ThreadLocal的內部實現原理

3.1 Thread、ThreadLocal和Values的關系

Thread的成員變量localValues代表了線程特定變量，類型為ThreadLocal.Values。由於線程特定變量可能會有多個，並且類型不確定，所以ThreadLocal.Values有一個table成員變量，類型為Object數組。這個localValues可以理解為二維存儲區中與特定線程相關的一列。
ThreadLocal類則相當於一個代理，真正操作線程特定存儲區table的是其內部類Values。

3.2 set方法

public void set(T value) {
    Thread currentThread = Thread.currentThread();
    Values values = values(currentThread);
    if (values == null) {
        values = initializeValues(currentThread);
    }
    values.put(this, value);
}

Values values(Thread current) {
    return current.localValues;
}

既然與特定線程相關，所以先獲取當前線程，然後獲取當前線程特定存儲，即Thread中的localValues，若localValues為空，則創建一個，最後將value存入values中。

void put(ThreadLocal key, Object value) {
    cleanUp();

    // Keep track of first tombstone. That's where we want to go back
    // and add an entry if necessary.
    int firstTombstone = -1;

    for (int index = key.hash & mask;; index = next(index)) {
        Object k = table[index];

        if (k == key.reference) {
            // Replace existing entry.
            table[index + 1] = value;
            return;
        }

        if (k == null) {
            if (firstTombstone == -1) {
                // Fill in null slot.
                table[index] = key.reference;
                table[index + 1] = value;
                size++;
                return;
            }

            // Go back and replace first tombstone.
            table[firstTombstone] = key.reference;
            table[firstTombstone + 1] = value;
            tombstones--;
            size++;
            return;
        }

        // Remember first tombstone.
        if (firstTombstone == -1 && k == TOMBSTONE) {
            firstTombstone = index;
        }
    }
}

從put方法中，ThreadLocal的reference和值都會存進table，索引分別為index和index+1。
對於Looper這個例子，
table[index] = sThreadLocal.reference;(指向自己的一個弱引用)
table[index + 1] = 與當前線程關聯的Looper。

3.3 get方法

public T get() {
    // Optimized for the fast path.
    Thread currentThread = Thread.currentThread();
    Values values = values(currentThread);
    if (values != null) {
        Object[] table = values.table;
        int index = hash & values.mask;
        if (this.reference == table[index]) {
            return (T) table[index + 1];
        }
    } else {
        values = initializeValues(currentThread);
    }

    return (T) values.getAfterMiss(this);
}

首先取出與線程相關的Values，然後在table中尋找ThreadLocal的reference對象在table中的位置，然後返回下一個位置所存儲的對象，即ThreadLocal的值，在Looper這個例子中就是與當前線程關聯的Looper對象。

從set和get方法可以看出，其所操作的都是當前線程的localValues中的table數組，所以不同線程調用同一個ThreadLocal對象的set和get方法互不影響，這就是ThreadLocal為解決多線程程序的並發問題提供了一種新的思路。

4. ThreadLocal背後的設計思想Thread-Specific Storage模式

Thread-Specific Storage讓多個線程能夠使用相同的”邏輯全局“訪問點來獲取線程本地的對象，避免了每次訪問對象的鎖定開銷。

4.1 Thread-Specific Storage模式的起源

errno機制被廣泛用於一些操作系統平台。errno 是記錄系統的最後一次錯誤代碼。對於單線程程序，在全局作用域內實現errno的效果不錯，但在多線程操作系統中，多線程並發可能導致一個線程設置的errno值被其他線程錯誤解讀。當時很多遺留庫和應用程序都是基於單線程編寫，為了在不修改既有接口和遺留代碼的情況下，解決多線程訪問errno的問題，Thread-Specific Storage模式誕生。

4.2 Thread-Specific Storage模式的總體結構

線程特定對象<喎?/kf/ware/vc/" target="_blank" class="keylink">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"這裡寫圖片描述" src="https://www.android5.online/Android/UploadFiles_5356/201702/2017022313401418.png" title="\" />