netty系列之:可能有人听过ThreadLocal,但一定没人

JDK中的Thread大家肯定用过，只要是用过异步编程的同学肯定都熟悉。为了保存Thread中特有的变量，JDK引入了ThreadLocal类来专门对Thread的本地变量进行管理。

ThreadLocal
很多新人可能不明白ThreadLocal到底是什么，它和Thread到底有什么关系。

其实很简单，ThreadLocal本质上是一个key，它的value就是Thread中一个map中存储的值。

每个Thread中都有一个Map, 这个Map的类型是ThreadLocal.ThreadLocalMap。我们先不具体讨论这个ThreadLocalMap到底是怎么实现的。现在就简单将其看做是一个map即可。

接下来，我们看下一个ThreadLocal的工作流程。

首先来看一下ThreadLocal的使用例子：

public class ThreadId {
// 一个线程ID的自增器
private static final AtomicInteger nextId = new AtomicInteger(0);

   // 为每个Thread分配一个线程
   private static final ThreadLocal<Integer> threadId =
       new ThreadLocal<Integer>() {
           @Override protected Integer initialValue() {
               return nextId.getAndIncrement();
       }
   };

   // 返回当前线程的ID
   public static int get() {
       return threadId.get();
   }

}
上面的类是做什么用的呢？

当你在不同的线程环境中调用ThreadId的get方法时候，会返回不同的int值。所以可以看做是ThreadId为每个线程生成了一个线程ID。

我们来看下它是怎么工作的。

首先我们调用了ThreadLocal 的get方法。ThreadLocal中的get方法定义如下：

public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}
get方法中，我们第一步获取当前的线程Thread，然后getMap返回当前Thread中的ThreadLocalMap对象。

如果Map不为空，则取出以当前ThreadLocal为key对应的值。

如果Map为空，则调用初始化方法：

private T setInitialValue() {
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
return value;
}
初始化方法首先判断当前Thread中的ThreadLocalMap是否为空，如果不为空则设置初始化的值。

如果为空则创建新的Map:

void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
大家可以看到整个ThreadLocalMap中的Key就是ThreadLocal本身，而Value就是ThreadLocal中定义的泛型的值。

现在我们来总结一下ThreadLocal到底是做什么的。

每个Thread中都有一个ThreadLocal.ThreadLocalMap的Map对象，我们希望向这个Map中存放一些特定的值，通过一个特定的对象来访问到存放在Thread中的这个值，这样的对象就是ThreadLocal。

通过ThreadLocal的get方法，就可以返回绑定到不同Thread对象中的值。

ThreadLocalMap
上面我们简单的将ThreadLocalMap看做是一个map。事实上ThreadLocalMap是一个对象，它里面存放的每个值都是一个Entry.

这个Entry不同于Map中的Entry，它是一个static的内部类：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;

        Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
            super(k);
            value = v;
        }
    }

注意，这里的Entry继承自WeakReference，表示这个Entry的key是弱引用对象，如果key没有强引用的情况下，会在gc中被回收。从而保证了Map中数据的有效性。

ThreadLocalMap中的值都存放在Entry数组中：

private Entry[] table;
我们看一下怎么从ThreadLocalMap中get一个值的：

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);
}
key.threadLocalHashCode 可以简单的看做是ThreadLocal代表的key的值。

而 key.threadLocalHashCode & (table.length – 1) 则使用来计算当前key在table中的index。

这里使用的是位运算，用来提升计算速度。实际上这个计算等同于：

key.threadLocalHashCode % table.length
是一个取模运算。

如果按照取模运算的index去查找，找到就直接返回。

如果没找到则会遍历调用nextIndex方法，修改index的值，只到查找完毕为止：

private Entry getEntryAfterMiss(ThreadLocal<?> key, int i, Entry e) {
Entry[] tab = table;
int len = tab.length;

        while (e != null) {
            ThreadLocal<?> k = e.get();
            if (k == key)
                return e;
            if (k == null)
                expungeStaleEntry(i);
            else
                i = nextIndex(i, len);
            e = tab[i];
        }
        return null;
    }

Recycler
ThreadLocal本质上是将ThreadLocal这个对象和不同的Thread进行绑定，通过ThreadLocal的get方法可以获得存储在不同Thread中的值。

归根结底，ThreadLocal和Thread是一对多的关系。因为ThreadLocal在ThreadLocalMap中是弱引用，所以当ThreadLocal被置为空之后，对应的ThreadLocalMap中的对象会在下一个垃圾回收过程中被回收,从而为Thread中的ThreadLocalMap节省一个空间。

那么当我们的Thread是一个长时间运行的Thread的时候，如果在这个Thread中分配了很多生命周期很短的对象，那么会生成很多待回收的垃圾对象，给垃圾回收器造成压力。

为了解决这个问题，netty为我们提供了Recycler类，用来回收这些短生命周期的对象。接下来，我们来探究一下Recycler到底是怎么工作的。

在这之前，我们先看下怎么使用Recycler。

public class MyObject {

private static final Recycler<MyObject> RECYCLER = new Recycler<MyObject>() {
protected MyObject newObject(Recycler.Handle<MyObject> handle) {
return new MyObject(handle);
}
}

public static MyObject newInstance(int a, String b) {
MyObject obj = RECYCLER.get();
obj.myFieldA = a;
obj.myFieldB = b;
return obj;
}

private final Recycler.Handle<MyObject> handle;
private int myFieldA;
private String myFieldB;

private MyObject(Handle<MyObject> handle) {
this.handle = handle;
}

public boolean recycle() {
myFieldA = 0;
myFieldB = null;
return handle.recycle(this);
}
}

MyObject obj = MyObject.newInstance(42, "foo");
...
obj.recycle();
本质上，Recycler就像是一个工厂类，通过它的get方法来生成对应的类对象。当这个对象需要被回收的时候，调用Recycler.Handle中的recycle方法，即可将对象回收。

先看一下生成对象的get方法：

public final T get() {
if (maxCapacityPerThread == 0) {
return newObject((Handle<T>) NOOP_HANDLE);
}
Stack<T> stack = threadLocal.get();
DefaultHandle<T> handle = stack.pop();
if (handle == null) {
handle = stack.newHandle();
handle.value = newObject(handle);
}
return (T) handle.value;
}
上面代码的含义就是，先判断是否超过了单个线程允许的最大容量，如果是，则返回一个新的对象，绑定一个空的handler，表示这个新创建的对象是不可以被回收的。

如果不是，则从threadLocal中拿到当前线程绑定的Stack。然后从Stack中取出最上面的元素，如果Stack中没有对象，则创建新的对象，并绑定handle。

最后返回handle绑定的对象。

再看一下handle的回收对象方法recycle:

public void recycle(Object object) {
if (object != value) {
throw new IllegalArgumentException("object does not belong to handle");
}

        Stack<?> stack = this.stack;
        if (lastRecycledId != recycleId || stack == null) {
            throw new IllegalStateException("recycled already");
        }

        stack.push(this);
    }

上面的代码先去判断和handle绑定的对象是不是要回收的对象。只有相等的时候才进行回收。

而回收的本质就是将对象push到stack中，供后续get的时候取出使用。

所以，Recycler能够节约垃圾回收对象个数的原因是，它会将不再使用的对象存储到Stack中，并在下次get的时候返回，重复使用。这也就是我们在回收需要重置对象属性的原因：

public boolean recycle() {
myFieldA = 0;
myFieldB = null;
return handle.recycle(this);
}
如果你在一个线程中会有多个同类型的短生命周期对象，那么不妨试试Recycle吧。