【源起Netty 外傳】FastThreadLocal怎麼Fast？

概述

FastThreadLocal的類名自己就充滿了對ThreadLocal的挑釁，「快男」FastThreadLocal是怎麼快的？源碼中類註釋坦白以下：

/**
 * ...
 * Internally, a {@link FastThreadLocal} uses a constant index in an array, instead of using hash code and hash table,
 * to look for a variable.  Although seemingly very subtle, it yields slight performance advantage over using a hash
 * table, and it is useful when accessed frequently.
 * ...
 */

大概意思就是：用索引代替了ThreadLocal中的threadLocalHashCode，當請求頻繁時，這個小改動就會顯現其效果。
提到FastThreadLocal，就不得不提它的好基友FastThreadLocalThread，簡單來講，FastThreadLocal就是爲FastThreadLocalThread量身打造的！

FastThreadLocalThread又是哪一個單位的？且聽我慢慢道來……

FastThreadLocalThread

通常來講，Netty的client端，是這麼建立的：

EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();

沿着調用鏈，層層深刻NioEventLoopGroup的構造函數，在MultithreadEventExecutorGroup的構造塊，會看到這樣的邏輯：

if (executor == null) {
    executor = new ThreadPerTaskExecutor(newDefaultThreadFactory());
}

newDefaultThreadFactory()方法，功能如其名，建立了DefaultThreadFactory工廠：

protected ThreadFactory newDefaultThreadFactory() {
    return new DefaultThreadFactory(getClass());
}

而DefaultThreadFactory工廠的產品，就是FastThreadLocalThread。

ok，FastThreadLocalThread物種起源的事兒暫且放下，咱們來簡單過一下原版ThreadLocal的工做機制。

ThreadLocal

ThreadLocal<T>你們應該並不陌生，兩個最核心API

//賦值方法
public void set(T value);

//取值方法
public T get();

用以併發環境下，線程生命週期內的存取數據操做，隔離其它線程干擾。

實現原理淺談

幫助理解的示意圖：

Thread中有一屬性threadLocals，ThreadLocal.ThreadLocalMap類型（ThreadLocalMap是ThreadLocal的靜態內部類）。ThreadLocal的set(T value)方法被調用時，會將參數value存放於當前線程的threadLocals中，想要獲取時，再從threadLocals中獲取。

剛剛說過，threadLocals是一個ThreadLocalMap（ThreadLocal中的靜態內部類），Entry則是ThreadLocalMap的內部節點。而ThreadLocalMap做爲一個Map，人設是這樣的ThreadLocalMap<ThreadLocal<T>>,T>，即key=ThreadLocal<T>，value=T。

• 存入 set(T value)

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);    //根據當前線程獲取ThreadLocalMap
    if (map != null)
        map.set(this, value);    //map的key直接使用的當前ThreadLocal對象
    else
        createMap(t, value);
}

線程向ThreadLocal存入時，第一次調用將在線程中分配一塊空間，初始大小爲Entry[16]數組。而後，以做爲key的ThreadLocal<T>計算出hashCode，稍加計算得出Entry[16]數組的索引i。最後，爲槽位Entry[i]賦值上value。

• 獲取 T get()

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);    //找到與當前線程綁定的ThreadLocalMap
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}

獲取時，先找到與當前線程綁定的ThreadLocalMap，而後你懂得……

聽上去一副滿滿的HashMap的套路，其實內在有很大差異，好比ThreadLocal的Entry實現了WeakReference（弱引用）。

一個小問題

ThreadLocal爲何用Entry數組做爲內置實現？並且初始就16位，還有擴容等實現。對某一線程而言，ThreadLocal不是隻能存儲一個值嗎？這麼想的話，用單個Object就能存儲了……

這個萬惡的問題，當時困擾了我很長時間，其實想通後很簡單：
Entry數組爲了實現ThreadLocalMap，而ThreadLocalMap君的key是ThreadLocal，多個ThreadLocal均可以存儲在ThreadLocalMap中。沒錯，A線程只用一個ThreadLocal的話，確實用一個Object做爲內置實現就搞定了，可是A線程使用多個ThreadLocal時，沒法知足！

FastThreadLocal

ThreadLocal就分析到這裏，讓咱們迴歸FastThreadLocal。

結構及關鍵方法示意圖：

前文提到過，FastThreadLocal的關鍵是index，index能夠理解成一個FastThreadLocal對象的惟一ID。這個index會在FastThreadLocalThread線程中，做爲其indexedVariables屬性（初始是一個Object[32]數組）的索引，達成與ThreadLocal相似的效果。

值得一提的是Object[] indexedVariables的第0位（Object[0]），用於存放將來會被釋放的數據，其實存儲的就是以前FastThreadLocal的set方法操做過的槽位信息。FastThreadLocal的remove方法被調用時，會根據記錄的槽位信息進行大掃除。

FastThreadLocal相關內容就聊到這裏，更多細節請翻看源碼！

感謝

ThreadLocal源碼解讀