Netty的FastThreadLocal的原理及用法是什么

這篇文章給大家介紹Netty的FastThreadLocal的原理及用法是什么，內(nèi)容非常詳細(xì)，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

Netty的FastThreadLocal 是什么

簡而言之，FastThreadLocal 是在 ThreadLocal 實現(xiàn)上的一種變種，相比 ThreadLocal 內(nèi)部通過將自身 hash 的方式在 hashTable 上定位需要的變量存儲位置，F(xiàn)astThreadLocal 選擇在數(shù)組上的一個固定的常量位置來存放線程本地變量，這樣的操作看起來并沒有太大區(qū)別，但是相比 ThreadLocal 的確體現(xiàn)了性能上的優(yōu)勢，尤其是在讀操作頻繁的場景下。

如何使用 FastThreadLocal

如果想要得到 FastThreadLocal 的速度優(yōu)勢，必須通過 FastThreadLocalThread 或者其子類的線程，才可以使用，因為這個原因，Netty 的 DefaultThreadFactory，其內(nèi)部默認(rèn)線程工廠的 newThread()方法就是直接初始化一個 FastThreadLocalThread ，以便期望在 ThreadLocal 的操作中，得到其性能上帶來的優(yōu)勢。

protected Thread newThread(Runnable r, String name) {    return new FastThreadLocalThread(threadGroup, r, name);}

FastThreadLocal 的源碼實現(xiàn)

FastThreadLocal 被訪問的入口

當(dāng)需要用到 FastThreadLocal 的時候，想必和 jdk 原生的 ThreadLocal 的 api 類似，都是通過初始化一個新的 FastThreadLocal 之后，通過其 set()方法初始化并放入一個變量作為線程本地變量存儲。

public final void set(V value) {    if (value != InternalThreadLocalMap.UNSET) {        set(InternalThreadLocalMap.get(), value);    } else {        remove();    }}

因此，在 FastThreadLocal 的 set()方法中，可以看到，存儲本地線程變量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個 InternalThreadLocalMap。

private InternalThreadLocalMap threadLocalMap;

在 FastThreadLocalThread 中，因為本身 threadLocalMap 就是其中的一個成員，能夠快速得到返回。而其他線程實現(xiàn)，就將面臨沒有這個成員的尷尬，Netty 也給出了相應(yīng)的兼容。

public static InternalThreadLocalMap get() {    Thread thread = Thread.currentThread();    if (thread instanceof FastThreadLocalThread) {        return fastGet((FastThreadLocalThread) thread);    } else {        return slowGet();    }}

InternalThreadLocalMap 的 get()方法中，當(dāng)前線程如果是 FastThreadLocalThread 或是其子類的實現(xiàn)，變直接返回其 InternalThreadLocalMap 進(jìn)行操作，但對于不屬于上述條件的線程，Netty 通過 slowGet()的方式，也將返回一個 InternalThreadLocalMap。

private static InternalThreadLocalMap slowGet() {    ThreadLocal<InternalThreadLocalMap> slowThreadLocalMap = UnpaddedInternalThreadLocalMap.slowThreadLocalMap;    InternalThreadLocalMap ret = slowThreadLocalMap.get();    if (ret == null) {        ret = new InternalThreadLocalMap();        slowThreadLocalMap.set(ret);    }    return ret;}

在 slowGet()方法中，當(dāng)前線程對應(yīng)的 InternalThreadLocalMap 會通過原生 jdk 下 ThreadLocal 的方式存儲并通過 ThreadLocal 返回，因此，在這個場景下，使用的還是 jdk 原生的 ThreadLocal，但是只占用了原生 ThreadLocal 下的 Entry[]數(shù)組的一個位置，具體的變量還是存放在專門為 FastThreadLocal 服務(wù)的 InternalThreadLocalMap 中。
在此，隨著 InternalThreadLocalMap 的得到并返回，針對 FastThreadLocal 的 get 和 set 操作，也將變?yōu)椴僮?InternalThreadLocalMap 來達(dá)到目的，F(xiàn)astThreadLocal 性能優(yōu)越的原因，也在 InternalThreadLocalMap 當(dāng)中。

InternalThreadLocalMap 的內(nèi)部構(gòu)造

static final AtomicInteger nextIndex = new AtomicInteger();Object[] indexedVariables;

InternalThreadlocalMap 主要由以上兩個成員組成，其中 indexedVariables 作為一個 Object[]數(shù)組，直接用來存放 FastThreadLocal 對應(yīng)的 value，每個 FastThreadLocal 對象都會在相應(yīng)的線程的 ThreadLocalMap 中被分配到對應(yīng)的 index，而這里的具體下標(biāo)，則由以上的 nextIndex 成員在每個 FastThreadLocal 初始化的時候分配。

private final int index;public FastThreadLocal() {    index = InternalThreadLocalMap.nextVariableIndex();}

每個 FastThreadLocal 在構(gòu)造方法的過程中，都會通過 InternalThreadlocalMap 的 nextVariableIndex()返回 nextIndex 自加后的結(jié)果作為其在 InternalThreadlocalMap 上的下標(biāo)。后續(xù)該 FastThreadLocal 在操作變量的時候可以直接通過該 index 定位到 Object[]數(shù)組上的位置。

private static final int variablesToRemoveIndex = InternalThreadLocalMap.nextVariableIndex();

而數(shù)組上的下標(biāo)有一個特殊位，一般在其首位也就是 0 的位置，這個位置在 FastThreadLocal 類被加載的時候作為靜態(tài)變量被設(shè)置。在這個位置上，存放的是一個 FastThreadLocal 對象集合，每個存放到 InternalThreadlocalMap 中的 FastThreadLocal 都會被保存在首位的集合中。

public static final Object UNSET = new Object();

另外，為了具體區(qū)分保存的變量是 null 還是不存在當(dāng)前變量，InternalThreadLocalMap 中定義了一個為 NULL 的成員變量，以便區(qū)分上述情況，在一開始，InternalThreadLocalMap 中的 indexedVariables 數(shù)組都是 NULL。

FastThreadLocal 的 set()方法的源碼分析

相比 FastThreadLocal 的 set 操作，get 方法的過程與邏輯都要簡單的多，因此此處主要以其 set 方法為主。

public final void set(V value) {    if (value != InternalThreadLocalMap.UNSET) {        set(InternalThreadLocalMap.get(), value);    } else {        remove();    }}public final void set(InternalThreadLocalMap threadLocalMap, V value) {    if (value != InternalThreadLocalMap.UNSET) {        if (threadLocalMap.setIndexedVariable(index, value)) {            addToVariablesToRemove(threadLocalMap, this);        }    } else {        remove(threadLocalMap);    }}

在其 set()方法中，首先會判斷 set 的值是否是 InternalThreadLocalMap 中的 NULL 對象來判斷是 set 操作還是 remove 操作，如果不是，會通過 InternalThreadLocalMap.get()方法獲取當(dāng)前線程對應(yīng)的 InternalThreadLocalMap，獲取的過程在前文已經(jīng)描述過。之后的主要流程主要分為兩步：

?調(diào)用 InternalThreadLocalMap 的 setIndexedVariable()方法，將該 FastThreadLocal 成員在構(gòu)造方法中獲得到的 InternalThreadLocalMap 上的下標(biāo)作為入?yún)魅搿?/p>

public boolean setIndexedVariable(int index, Object value) {    Object[] lookup = indexedVariables;    if (index < lookup.length) {        Object oldValue = lookup[index];        lookup[index] = value;        return oldValue == UNSET;    } else {        expandIndexedVariableTableAndSet(index, value);        return true;    }}

在 InternalThreadLocalMap 的 setIndexedVariable()方法過程中，set 的過程并不復(fù)雜，找到對應(yīng)的下標(biāo)，并將對應(yīng)的值放到 InternalThreadLocalMap 數(shù)組下標(biāo)對應(yīng)的位置上即宣告結(jié)束。但是，因為 FastThreadLocal 在構(gòu)造過程中雖然預(yù)先獲得了對應(yīng)的下標(biāo)，但是實際上的數(shù)組大小可能完全還沒有達(dá)到相應(yīng)的大小，就要在此處通過 expandIndexedVariableTableAndSet()方法進(jìn)行擴(kuò)容，由于是數(shù)組的緣故，只需要擴(kuò)容后將原來的值復(fù)制過去，并將剩余的值用 NULL 對象填滿即可。

?如果上一步 set 成功，通過 addToVariablesToRemove()方法將該 FastThreadLocal 對象放入到 InternalThreadLocalMap 的數(shù)組中的首位集合中。在這個集合中，對于 FastThreadLocal 是一個強引用。

這樣，對于 FastThreadLocal 的一次 set 操作即宣告結(jié)束。

FastThreadLocal 到底快在哪里

1. 定位快速

FastThreadLocal 在具體的定位的過程中，只需要根據(jù)在構(gòu)造方法里獲取得到的具體下標(biāo)就可以定位到具體的數(shù)組位置進(jìn)行變量的存取，而在 jdk 原生的 ThreadLocal 中，具體位置的下標(biāo)獲取不僅需要計算 ThreadLocal 的 hash 值，并需要在 hashTable 上根據(jù) key 定位的結(jié)果，一旦定位之后的結(jié)果上已經(jīng)存在其他 ThreadLocal 的變量，那么則是通過線性探測法，在 hashTable 上尋找下一個位置進(jìn)行，相比 FastThreadLocal 定位的過程要復(fù)雜的多。

2. 擴(kuò)容簡單

FastThreadLocal 由于采取數(shù)組的方式，當(dāng)面對擴(kuò)容的時候，只需要將原數(shù)組中的內(nèi)容復(fù)制過去，并用 NULL 對象填滿剩余位置即可，而在 ThreadLocal 中，由于 hashTable 的緣故，在擴(kuò)容后還需要進(jìn)行一輪 rehash，在這過程中，仍舊存在 hash 沖突的可能。

3. 低開銷的內(nèi)存泄露檢測

在 FastThreadLocal 中，遍歷當(dāng)前線程的所有本地變量，只需要取數(shù)組首位的集合即可，不需要遍歷數(shù)組上的每一個位置。

在原生的 ThreadLocal 中，由于可能存在 ThreadLocal 被回收，但是當(dāng)前線程仍舊存活的情況導(dǎo)致 ThreadLocal 對應(yīng)的本地變量內(nèi)存泄漏的問題，因此在 ThreadLocal 的每次操作后，都會進(jìn)行啟發(fā)式的內(nèi)存泄漏檢測，防止這樣的問題產(chǎn)生，但也在每次操作后花費了額外的開銷。

而在 FastThreadLocal 的場景下，由于數(shù)組首位的 FastThreadLocal 集合中保持著所有 FastThreadLocal 對象的引用，因此當(dāng)外部的 FastThreadLocal 的引用被置為 null，該 FastThreadLocal 對象仍舊保持著這個集合的引用，不會被回收掉，只需要在線程當(dāng)前業(yè)務(wù)操作后，手動調(diào)用 FastThreadLocal 的 removeAll()方法，將會遍歷數(shù)組首位集合，回收掉所有 FastThreadLocal 的變量，避免內(nèi)存泄漏的產(chǎn)生，也減少了原生 ThreadLocal 的啟發(fā)式檢測開銷。

private static final class DefaultRunnableDecorator implements Runnable {    private final Runnable r;    DefaultRunnableDecorator(Runnable r) {        this.r = r;    }    @Override    public void run() {        try {            r.run();        } finally {            FastThreadLocal.removeAll();        }    }}

在 Netty 的 DefaultThreadFactory 中，每個線程在執(zhí)行為任務(wù)后都會調(diào)用 FastThreadLocal 的 removeAll()方法。

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