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FastThreadLocal 原理解析

news 2025/6/22 11:21:59

FastThreadLocal

fastthreadlocal

每个 FastThread 包含一个 FastThreadLocalMap，每个 FastThreadLocalThread 中的多个 FastThreadLocal 占用不同的索引。
每个 InternalThreadLocalMap 的第一个元素保存了所有的 ThreadLocal 对象。之后的元素保存了每个 ThreadLocal 对应的 value

基本操作

get()

当前线程中

找到 ThreadLocal 的 index，value 加入 InternalThreadLocalMap 对应索引的位置

set()

当前线程中

找到 ThreadLocal 的 index，value 加入 InternalThreadLocalMap 对应索引的位置
将 ThreadLocal 加入当前线程 InternalThreadLocalMap 的第一个元素对应的集合

remove()

当前线程中

找到 ThreadLocal 的 index，InternalThreadLocalMap 中 index 对应的 value 置为 UNSET
将 ThreadLocal 从当前线程 InternalThreadLocalMap 的第一个元素集合中删除

关键设计点

兼容 ThreadLocal

当线程没有使用 FastThreadLocal 的时候，默认走 ThreadLocal 的逻辑。

初始大小

初始大小为 32

hash 算法

直接使用全局的自增，不存在Hash 冲突，以空间换时间

扩容条件是什么？如何扩容？

扩容条件：当前线程元素超出容量
扩容：元素数量扩展为向上取最近 2 次幂整数，比如，5 取8，31 取 64。

    public boolean setIndexedVariable(int index, Object value) {Object[] lookup = indexedVariables;// index 大于容量if (index < lookup.length) {Object oldValue = lookup[index];lookup[index] = value;return oldValue == UNSET;} else {// 扩容expandIndexedVariableTableAndSet(index, value);return true;}}private void expandIndexedVariableTableAndSet(int index, Object value) {Object[] oldArray = indexedVariables;final int oldCapacity = oldArray.length;int newCapacity;// 当小于 2的30次方时，容量扩展为向上取最近 2 次幂整数，比如，5 取8，31 取 64。if (index < ARRAY_LIST_CAPACITY_EXPAND_THRESHOLD) {newCapacity = index;newCapacity |= newCapacity >>>  1;newCapacity |= newCapacity >>>  2;newCapacity |= newCapacity >>>  4;newCapacity |= newCapacity >>>  8;newCapacity |= newCapacity >>> 16;newCapacity ++;} else {newCapacity = ARRAY_LIST_CAPACITY_MAX_SIZE;}Object[] newArray = Arrays.copyOf(oldArray, newCapacity);Arrays.fill(newArray, oldCapacity, newArray.length, UNSET);newArray[index] = value;indexedVariables = newArray;}

如何防止内存泄漏

自动：使用ftlt执行一个被FastThreadLocalRunnable wrap的Runnable任务，在任务执行完毕后会自动进行ftl的清理。

final class FastThreadLocalRunnable implements Runnable {private final Runnable runnable;private FastThreadLocalRunnable(Runnable runnable) {this.runnable = ObjectUtil.checkNotNull(runnable, "runnable");}@Overridepublic void run() {try {runnable.run();} finally {FastThreadLocal.removeAll();}}static Runnable wrap(Runnable runnable) {return runnable instanceof FastThreadLocalRunnable ? runnable : new FastThreadLocalRunnable(runnable);}
}

手动： ftl和InternalThreadLocalMap都提供了remove方法，在合适的时候用户可以（有的时候也是必须，例如普通线程的线程池使用ftl）手动进行调用，进行显示删除。

使用

final class FastThreadLocalRunnable implements Runnable {private final Runnable runnable;private FastThreadLocalRunnable(Runnable runnable) {this.runnable = (Runnable)ObjectUtil.checkNotNull(runnable, "runnable");}public void run() {try {this.runnable.run();} finally {// 如果用的是 FastThreadLocalRunnable ，默认会做清理FastThreadLocal.removeAll();}}static Runnable wrap(Runnable runnable) {return (Runnable)(runnable instanceof FastThreadLocalRunnable ? runnable : new FastThreadLocalRunnable(runnable));}
}

存在什么问题

1、空间浪费，所有线程的 ThreadLocalMap 数组大小是一样的
比如，线程1 创建 100 个 ThreadLocal 对象。线程 1 里面有一个长度为 100 的数组。
此时，第二个线程需要调用 ThreadLocal 100 的 get 方法，第二个线程需要分配 100 个 Object 对象。

import io.netty.util.concurrent.FastThreadLocal;
import io.netty.util.concurrent.FastThreadLocalThread;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class FastThreadLocalTest {private List<FastThreadLocal<String>> fastThreadLocals = new ArrayList<>();private List<ThreadLocal<String>> threadLocals = new ArrayList<>();void thread1Init() {new Thread (() -> {for (int i = 0; i < 31; i++) {ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();threadLocal.get();threadLocals.add(threadLocal);}}).start();}void thread2Init() {new Thread(() -> {threadLocals.get(threadLocals.size() - 1).get();});}void fastThread1Init() {new FastThreadLocalThread (() -> {for (int i = 0; i < 33; i++) {FastThreadLocal<String> fastThreadLocal = new FastThreadLocal<>();fastThreadLocal.get();fastThreadLocals.add(fastThreadLocal);}}).start();}void fastThread2Init() {new FastThreadLocalThread(() -> {fastThreadLocals.get(fastThreadLocals.size() - 1).get();});}public static void main(String[] args) {FastThreadLocalTest test = new FastThreadLocalTest();test.fastThread1Init();test.fastThread2Init();test.thread1Init();test.thread2Init();}
}

2、FastThreadLocal 需要配套 FastThreadLocalThread 使用，不然还不如原生 ThreadLocal。
3、FastThreadLocal 使用最好配套 FastThreadLocalRunnable，这样执行完任务后会主动调用 removeAll 来移除所有

性能压测

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