【源起Netty 外传】FastThreadLocal怎么Fast？

概述

FastThreadLocal的类名本身就充满了对ThreadLocal的挑衅，“快男”FastThreadLocal是怎么快的？源码中类注释坦白如下：

/**
 * ...
 * 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，当请求频繁时，这个小改动就会显现其效果。
提到FastThreadLocal，就不得不提它的好基友FastThreadLocalThread，简单来说，FastThreadLocal就是为FastThreadLocalThread量身打造的！

FastThreadLocalThread又是哪个单位的？且听我慢慢道来……

FastThreadLocalThread

一般来说，Netty的client端，是这么创建的：

EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();

沿着调用链，层层深入NioEventLoopGroup的构造函数，在MultithreadEventExecutorGroup的构造块，会看到这样的逻辑：

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

newDefaultThreadFactory()方法，功能如其名，创建了DefaultThreadFactory工厂：

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

而DefaultThreadFactory工厂的产品，就是FastThreadLocalThread。

ok，FastThreadLocalThread物种起源的事儿暂且放下，我们来简单过一下原版ThreadLocal的工作机制。

ThreadLocal

ThreadLocal<T>大家应该并不陌生，两个最核心API

//赋值方法
public void set(T value);

//取值方法
public T get();

用以并发环境下，线程生命周期内的存取数据操作，隔离其它线程干扰。

实现原理浅谈

帮助理解的示意图：

Thread中有一属性threadLocals，ThreadLocal.ThreadLocalMap类型（ThreadLocalMap是ThreadLocal的静态内部类）。ThreadLocal的set(T value)方法被调用时，会将参数value存放于当前线程的threadLocals中，想要获取时，再从threadLocals中获取。

刚刚说过，threadLocals是一个ThreadLocalMap（ThreadLocal中的静态内部类），Entry则是ThreadLocalMap的内部节点。而ThreadLocalMap作为一个Map，人设是这样的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);    //根据当前线程获取ThreadLocalMap
    if (map != null)
        map.set(this, value);    //map的key直接使用的当前ThreadLocal对象
    else
        createMap(t, value);
}  

线程向ThreadLocal存入时，第一次调用将在线程中分配一块空间，初始大小为Entry[16]数组。然后，以作为key的ThreadLocal<T>计算出hashCode，稍加计算得出Entry[16]数组的索引i。最后，为槽位Entry[i]赋值上value。

• 获取 T get()

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);    //找到与当前线程绑定的ThreadLocalMap
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}

获取时，先找到与当前线程绑定的ThreadLocalMap，然后你懂得……

听上去一副满满的HashMap的套路，其实内在有很大差别，比如ThreadLocal的Entry实现了WeakReference（弱引用）。

一个小问题

ThreadLocal为什么用Entry数组作为内置实现？而且初始就16位，还有扩容等实现。对某一线程而言，ThreadLocal不是只能存储一个值吗？这么想的话，用单个Object就能存储了……

这个万恶的问题，当时困扰了我很长时间，其实想通后很简单：
Entry数组为了实现ThreadLocalMap，而ThreadLocalMap君的key是ThreadLocal，多个ThreadLocal都可以存储在ThreadLocalMap中。没错，A线程只用一个ThreadLocal的话，确实用一个Object作为内置实现就搞定了，但是A线程使用多个ThreadLocal时，无法满足！

FastThreadLocal

ThreadLocal就分析到这里，让我们回归FastThreadLocal。

结构及关键方法示意图：

前文提到过，FastThreadLocal的关键是index，index可以理解成一个FastThreadLocal对象的唯一ID。这个index会在FastThreadLocalThread线程中，作为其indexedVariables属性（初始是一个Object[32]数组）的索引，达成与ThreadLocal类似的效果。

值得一提的是Object[] indexedVariables的第0位（Object[0]），用于存放未来会被释放的数据，其实存储的就是之前FastThreadLocal的set方法操作过的槽位信息。FastThreadLocal的remove方法被调用时，会根据记录的槽位信息进行大扫除。

FastThreadLocal相关内容就聊到这里，更多细节请翻看源码！

感谢

ThreadLocal源码解读