FastThreadLocal 從字面意義上來看，它是“Fast”+“ThreadLocal”的結(jié)合體，寓意為快速的 ThreadLocal。那么，問題來了，Netty 為什么要再造一個(gè) FastThreadLocal？FastThreadLocal 運(yùn)行快的原因是啥？除了快之外，它還有其他優(yōu)勢嗎？

1.先從ThreadLocal說起

ThreadLocal 線程本地變量，每個(gè)線程都擁有一份該變量的獨(dú)立副本，即使是在多線程環(huán)境下，每個(gè)線程也只能修改和訪問自己的那份副本，從而避免了線程安全問題，實(shí)現(xiàn)了線程間的隔離。

ThreadLocal 底層是使用 ThreadLocalMap 實(shí)現(xiàn)的，這點(diǎn)從 JDK 的源碼中可以看出，核心源碼如下：

private void set(Thread t, T value) {
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        map.set(this, value);
    } else {
        createMap(t, value);
    }
}

從 ThreadLocal 的 set 方法可以看出，ThreadLocal 是存儲在 ThreadLocalMap 中的，咱們繼續(xù)看 ThreadLocalMap 的源碼實(shí)現(xiàn)：

從上面源碼可以看出，ThreadLocalMap 中存放的是 Entry（哈希桶），而 Entry 中的 key 就是 ThreadLocal，而 value 則是要存儲的值，所以我們得出 ThreadLocal 的底層實(shí)現(xiàn)如下：

2.ThreadLocal存在的問題

（1）性能問題

因?yàn)?ThreadLocal 底層是使用 ThreadLocalMap 實(shí)現(xiàn)的，ThreadLocalMap 類似于哈希表。當(dāng)一個(gè)線程是擁有多個(gè) ThreadLocal 時(shí)，ThreadLocalMap 很容易發(fā)生 Hash 沖突，此時(shí) ThreadLocal 就不得不使用線性探測法來解決哈希沖突了，而在解決 Hash 沖突時(shí)需要不停地向下尋找，效率較低，因此 ThreadLocal 存在的第一個(gè)問題就是性能較低。

（2）內(nèi)存泄漏問題

ThreadLocal 也存在內(nèi)存泄漏的問題，具體來說 ThreadLocalMap 使用 ThreadLocal 對象作為鍵（Key），并且這個(gè)鍵是弱引用（WeakReference）類型。這意味著當(dāng)沒有其他強(qiáng)引用指向 ThreadLocal 對象時(shí)，它將會在下次垃圾回收時(shí)被回收。然而，Entry 中保存的值（Value）仍然是強(qiáng)引用，這就可能導(dǎo)致以下問題：

• 弱引用鍵的回收：一旦外部對 ThreadLocal 實(shí)例的所有強(qiáng)引用消失，ThreadLocal 對象本身就會變?yōu)槿蹩蛇_(dá)狀態(tài)。在下一次垃圾回收時(shí)，由于是弱引用，ThreadLocal 對象會被回收，但 Entry 中的 Value（即實(shí)際存儲的數(shù)據(jù)）仍然是強(qiáng)引用，因此不會被回收。
• Map 引用陷阱：即使 ThreadLocal 鍵被回收，Entry 仍然存在于 ThreadLocalMap 中，并且由于 Map 對 Entry 的引用，這些 Entry 所持有的 Value 對象也不會被垃圾回收，從而導(dǎo)致這些對象無法被使用也無法被釋放，形成了所謂的“內(nèi)存泄漏”。
• 線程長期存活：在一些場景下，特別是使用線程池時(shí)，線程的生命周期往往很長，甚至伴隨整個(gè)應(yīng)用的生命周期。這意味著 ThreadLocalMap 中的 Entry 可能會長時(shí)間不被清理，進(jìn)一步加劇了內(nèi)存泄漏問題。

所以，綜合來看，在使用 ThreadLocal 時(shí)，如果在使用完之后，未及時(shí)調(diào)用 remove() 方法的話，就會出現(xiàn)內(nèi)存泄漏的問題。

3.FastThreadLocal特點(diǎn)

為了解決 ThreadLocal 存在的這些問題，所以 Netty 創(chuàng)造出了一個(gè) FastThreadLocal，F(xiàn)astThreadLocal 的特點(diǎn)如下。

（1）效率高

FastThreadLocal 之所以性能高的原因是因?yàn)槠浯鎯Y(jié)構(gòu)，在 FastThreadLocal 中并沒有向 ThreadLocal 那樣，使用哈希表來存儲元素，而是使用了數(shù)組來進(jìn)行元素存儲，它的核心實(shí)現(xiàn)源碼如下：

public class FastThreadLocal<V> {
    // FastThreadLocal中的index是記錄了該它維護(hù)的數(shù)據(jù)應(yīng)該存儲的位置
    // InternalThreadLocalMap數(shù)組中的下標(biāo), 它是在構(gòu)造函數(shù)中確定的
    private final int index;
 
    public InternalThreadLocal() {
        index = InternalThreadLocalMap.nextVariableIndex();
    }
    // 省略其他代碼
}

FastThreadLocal 核心類 InternalThreadLocalMap 的實(shí)現(xiàn)源碼如下：

public final class InternalThreadLocalMap extends UnpaddedInternalThreadLocalMap {
    // 自增索引, ?于計(jì)算下次存儲到Object數(shù)組中的位置
    private static final AtomicInteger nextIndex = new AtomicInteger();
 
    private static final int ARRAY_LIST_CAPACITY_MAX_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
 
    public static int nextVariableIndex() {
        int index = nextIndex.getAndIncrement();
        if (index >= ARRAY_LIST_CAPACITY_MAX_SIZE || index < 0) {
            nextIndex.set(ARRAY_LIST_CAPACITY_MAX_SIZE);
            throw new IllegalStateException("too many thread-local indexed variables");
        }
        return index;
    }
    // 省略其他代碼
}

從上述源碼可以看出，F(xiàn)astThreadLocal 在初始化的時(shí)候分配一個(gè)數(shù)組索引 index，index 的值采用原子類 AtomicInteger 保證順序遞增，通過調(diào)用 InternalThreadLocalMap.nextVariableIndex() 方法獲得。然后在讀寫數(shù)據(jù)的時(shí)候通過數(shù)組下標(biāo) index 直接定位到 FastThreadLocal 的位置，時(shí)間復(fù)雜度為 O(1)。如果數(shù)組下標(biāo)遞增到非常大，那么數(shù)組也會比較大，所以 FastThreadLocal 是通過空間換時(shí)間的思想提升讀寫性能。

因此，在 FastThreadLocal 中并不需要使用線性探測法來解決 Hash 沖突，因?yàn)樗鞘褂脭?shù)組進(jìn)行存儲的，每次使用下標(biāo)進(jìn)行查詢即可，它的查詢時(shí)間復(fù)雜度也是 O(1) 的，所以它的操作效率很高。

（2）安全性更高

JDK 原生的 ThreadLocal 使用不當(dāng)可能造成內(nèi)存泄漏，只能等待線程銷毀。然而 FastThreadLocal 卻不存在這個(gè)問題，在 FastThreadLocal 中不僅提供了 remove() 方法可以主動清除對象，而且它還封裝了 FastThreadLocalRunnable，F(xiàn)astThreadLocalRunnable 在最后使用完之后會自動調(diào)用 removeAll() 方法將集合中所有對象清理掉，因此 FastThreadLocal 更安全。

FastThreadLocalRunnable 自動清除對象的實(shí)現(xiàn)核心源碼如下：

final class FastThreadLocalRunnable implements Runnable {
    private final Runnable runnable;
    @Override
    public void run() {
        try {
            runnable.run();
        } finally {
            FastThreadLocal.removeAll();
        }
    }
    static Runnable wrap(Runnable runnable) {
        return runnable instanceof FastThreadLocalRunnable 
                ? runnable : new FastThreadLocalRunnable(runnable);
    }
}

4.小結(jié)

FastThreadLocal 相比于 ThreadLocal 存在以下兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：

• 性能更高：FastThreadLocal 使用了數(shù)組的方式來存儲元素，所以它的查詢時(shí)間復(fù)雜度 O(1) 相比于 ThreadLocal 的哈希表操作效率更高。
• 安全性更高：FastThreadLocal 中的 FastThreadLocalRunnable 在最后執(zhí)行完之后會自動調(diào)用 removeAll() 將集合中所有對象都清理掉，可以避免內(nèi)存泄漏的問題，所以它的安全性更高。