Netty关于ThreadLocal的优化

最新推荐文章于 2025-05-31 11:41:43 发布

zero__007

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分类专栏： # 【ThreadLocal】

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/zero__007/article/details/79106212

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本文介绍了Netty针对JDK ThreadLocal的优化方案——FastThreadLocal。Netty通过使用InternalThreadLocalMap替代JDK的ThreadLocalMap，解决了因Hash冲突导致的性能问题，并通过直接保存index的方式提高访问效率。

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在 http://blog.youkuaiyun.com/zero__007/article/details/78288448中简单介绍了一下ThreadLocal，每个ThreadLocal实例都有一个唯一的threadLocalHashCode初始值，在ThreadLocalMap中设置或获取Entry时，会根据threadLocalHashCode&（len-1）的值去对应的槽中操作。
而ThreadLocal解决Hash 冲突使用线性探测的方法，当一个线程对应多个ThreadLocal实例的场景中，在命中的情况下基本上一次hash就可以找到位置，如果发生没有命中的情况，则会引发性能会急剧下降，本身是O(1)，结果变成了O(n)当在读写操作频繁的场景，这点导致性能的后滞。

作为一个高并发框架，Netty对ThreadLocal作了一些优化，并提供一个性能更好的FastThreadLocal。

public class FastThreadLocalThread extends Thread {

    private InternalThreadLocalMap threadLocalMap;

    public FastThreadLocalThread() { }

    public FastThreadLocalThread(Runnable target) {
        super(target);
    }

    public FastThreadLocalThread(ThreadGroup group, Runnable target) {
        super(group, target);
    }

    public FastThreadLocalThread(String name) {
        super(name);
    }

    public FastThreadLocalThread(ThreadGroup group, String name) {
        super(group, name);
    }

    public FastThreadLocalThread(Runnable target, String name) {
        super(target, name);
    }

    public FastThreadLocalThread(ThreadGroup group, Runnable target, String name) {
        super(group, target, name);
    }

    public FastThreadLocalThread(ThreadGroup group, Runnable target, String name, long stackSize) {
        super(group, target, name, stackSize);
    }

    /**
     * Returns the internal data structure that keeps the thread-local variables bound to this thread.
     * Note that this method is for internal use only, and thus is subject to change at any time.
     */
    public final InternalThreadLocalMap threadLocalMap() {
        return threadLocalMap;
    }

    /**
     * Sets the internal data structure that keeps the thread-local variables bound to this thread.
     * Note that this method is for internal use only, and thus is subject to change at any time.
     */
    public final void setThreadLocalMap(InternalThreadLocalMap threadLocalMap) {
        this.threadLocalMap = threadLocalMap;
    }
}

Netty专门提供一个FastThreadLocalThread，继承了JDK的Thread，内部也有个InternalThreadLocalMap实例变量，并暴露了这个变量的getter/setter方法。

JDK中的ThreadLocalMap中的数组存放的是Entrty，key为ThreadLocal，value为真正保存的变量，而InternalThreadLocalMap中的数组里面的数据就是真正保存的变量值。

public class FastThreadLocal<V> {

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

    private final int index;

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

    //……
}

JDK的ThreadLocal中将threadLocalHashCode放在了ThreadLocal类中，然后再拿这个值通过计算去定位ThreadLocalMap中的槽，而Netty的FastThreadLocal直接直接保存index，该index是通过InternalThreadLocalMap的静态方法获取的，该值是一个递增的值，也就是说不同的线程，在同一个FastThreadLocal中保存的变量值，在其实例变量InternalThreadLocalMap中的槽都是一样的。

public class Test {
   static FastThreadLocal<String> threadLocal = new FastThreadLocal<String>(){
        @Override
        protected String initialValue() throws Exception {
            return "zero";
        }
    };

    public static void main(String[] args) {
        FastThreadLocalThread thread0 = new FastThreadLocalThread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(threadLocal.get());
            }
        });
        FastThreadLocalThread thread1 = new FastThreadLocalThread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(threadLocal.get());
            }
        });
        thread0.start();
        thread1.start();
    }
}

上面的例子，线程私有的String变量，在线程的实例变量threadLocalMap里的数组，存放的位置下标都是1。由于InternalThreadLocal的index会递增，因此InternalThreadLocal实例再多的话也只会扩容，而不会发生Hash冲突。
再提一下FastThreadLocal中variablesToRemoveIndex，该变量是static final修饰的，其值就是0，在InternalThreadLocalMap中会占index=0的槽。实际上该下标的元素是一个包装了IndentityHashMap的Set，每次FastThreadLocal中设置值的时候将自己加到该Set，移除值的时候将自己(FastThreadLocal实例)从该Set移除。也就是说初始值、设置值、删除值这几个功能的耗时比有值时的get更多。
关于ThreadLocal与FastThreadLocal的性能对比数据，可以看下http://www.bubuko.com/infodetail-1932175.html