Netty源码阅读入门实战(十)-性能优化1 性能优化工具类

1 性能优化工具类

FastThreadLocal

传统的ThreadLocal

ThreadLocal最常用的两个接口是set和get 最常见的应用场景为在线程上下文之间传递信息，使得用户不受复杂代码逻辑的影响

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);

 t.threadLocals;

我们使用set的时候实际上是获取Thread对象的threadLocals属性，把当前ThreadLocal当做参数然后调用其set(ThreadLocal，Object)方法来设值 threadLocals是ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的

Thread、ThreadLoca以及ThreadLocal.ThreadLocalMap的关系

每个线程对象关联着一个ThreadLocalMap实例,主要是维护着一个Entry数组 Entry是扩展了WeakReference，提供了一个存储value的地方 一个线程对象可以对应多个ThreadLocal实例，一个ThreadLocal也可以对应多个Thread对象，当一个Thread对象和每一个ThreadLocal发生关系的时候会生成一个Entry，并将需要存储的值存储在Entry的value内

• 一个ThreadLocal对于一个Thread对象来说只能存储一个值，为Object型
• 多个ThreadLocal对于一个Thread对象，这些ThreadLocal和线程相关的值存储在Thread对象关联的ThreadLocalMap中
• 使用扩展WeakReference的Entry作为数据节点在一定程度上防止了内存泄露
• 多个Thread线程对象和一个ThreadLocal发生关系的时候其实真实数据的存储是跟着线程对象走的，因此这种情况不讨论

我们在看看ThreadLocalMap#set：

Entry[] tab = table;
int len = tab.length;
int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

for (Entry e = tab[i];
     e != null;
     e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
    ThreadLocal k = e.get();
    if (k == key) {
        e.value = value;
        return;
    }
    if (k == null) {
        replaceStaleEntry(key, value, i);
        return;
    }
}
tab[i] = new Entry(key, value);
int sz = ++size;
if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
    rehash();

每个ThreadLocal实例都有一个唯一的threadLocalHashCode初始值 上面首先根据threadLocalHashCode值计算出i，有下面两种情况会进入for循环：

• 由于threadLocalHashCode &（len-1）对应的槽有内容，因此满足tab[i]!=null条件，进入for循环，如果满足条件且当前key不是当前threadlocal只能说明hash冲突了
• ThreadLocal实例之前被设置过，因此满足tab[i]!=null条件，进入for循环

进入for循环会遍历tab数组，如果遇到以当前threadLocal为key的槽，即上面第（2）种情况，有则直接将值替换 如果找到了一个已经被回收的ThreadLocal对应的槽，也就是当key==null的时候表示之前的threadlocal已经被回收了，但是value值还存在，这也是ThreadLocal内存泄露的地方。碰到这种情况，则会引发替换这个位置的动作 如果上面两种情况都没发生，即上面的第（1）种情况，则新创建一个Entry对象放入槽中

private Entry getEntry(ThreadLocal key) {
    int i = key.threadLocalHashCode & (table.length - 1);
    Entry e = table[i];
    if (e != null && e.get() == key)
        return e;
    else
        return getEntryAfterMiss(key, i, e);
}

当命中的时候，也就是根据当前ThreadLocal计算出来的i恰好是当前ThreadLocal设置的值的时候，可以直接根据hashcode来计算出位置，当没有命中的时候，这里没有命中分为三种情况：

• 当前ThreadLocal之前没有设值过，并且当前槽位没有值。
• 当前槽位有值，但是对于的不是当前threadlocal，且那个ThreadLocal没有被回收。
• 当前槽位有值，但是对于的不是当前threadlocal，且那个ThreadLocal被回收了。

上面三种情况都会调用getEntryAfterMiss方法。调用getEntryAfterMiss方法会引发数组的遍历。

总结一下ThreadLocal的性能，一个线程对应多个ThreadLocal实例的场景中 在没有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，当在读写操作频繁的场景，这点将成为性能诟病。

Netty FastThreadLocal

Netty重新设计了更快的FastThreadLocal，主要实现涉及

• FastThreadLocalThread
• FastThreadLocal
• InternalThreadLocalMap

FastThreadLocalThread是Thread类的简单扩展，主要是为了扩展threadLocalMap属性

FastThreadLocal提供的接口和传统的ThreadLocal一致，主要是set和get方法，用法也一致 不同地方在于FastThreadLocal的值是存储在InternalThreadLocalMap这个结构里面的，传统的ThreadLocal性能槽点主要是在读写的时候hash计算和当hash没有命中的时候发生的遍历，我们来看看FastThreadLocal的核心实现 先看看FastThreadLocal的构造方法

实际上在构造FastThreadLocal实例的时候就决定了这个实例的索引，而索引的生成相关代码我们再看看：

nextIndex是InternalThreadLocalMap父类的一个全局静态的AtomicInteger类型的对象，这意味着所有的FastThreadLocal实例将共同依赖这个指针来生成唯一的索引，而且是线程安全的 InternalThreadLocalMap实例和Thread对象一一对应 UnpaddedInternalThreadLocalMap维护着一个数组：

这个数组用来存储跟同一个线程关联的多个FastThreadLocal的值，由于FastThreadLocal对应indexedVariables的索引是确定的，因此在读写的时候将会发生随机存取，非常快。

另外这里有一个问题，nextIndex是静态唯一的，而indexedVariables数组是实例对象的，因此我认为随着FastThreadLocal数量的递增，这会造成空间的浪费。

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