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Netty源码阅读入门实战(十)-性能优化

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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


5acb3c8700013dc501600160.jpg

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


5bced9a8000150cc10000132.jpg


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


5bced9a90001bcfa10000094.jpg


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:

5bced9ab00013f7f10000172.jpg


5bced9ac0001557b10000159.jpg


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:


5bced9ac0001b5c710000085.jpg


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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作者:芥末无疆sss
链接:https://www.jianshu.com/p/18c53dbd15d6
來源:简书
简书著作权归作者所有,任何形式的转载都请联系作者获得授权并注明出处。


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