TransmittableThreadLocal 问题杂记

0、前言

TransmittableThreadLocal，简称 TTL，是阿里巴巴开源的一个Java库，它能够实现ThreadLocal在多线程间的值传递，适用于使用线程池、异步调用等需要线程切换的场景，解决了ThreadLocal在使用父子线程、线程池时不能正确传递值的问题。

核心实现：捕获（capture）- 重放（replay）- 恢复（restore）

捕获：将父线程的 TTL/ThreadLocal 拷贝一份到子线程中存为快照；

java 复制代码

    private static class Snapshot {
        final HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> ttl2Value;
        final HashMap<ThreadLocal<Object>, Object> threadLocal2Value;
    }

重放：将快照中的内容存入子线程的 TTL/ThreadLocal 中，并移除不存在快照中的子线程已经存在的 TTL/ThreadLocal；
恢复：清除子线程的 TTL/ThreadLocal。

1、上下文乱象

背景：为了实现在异步线程中也能正确进行通用字段的填充，引入了 TTL，将原先存储用户上下文信息的 ThreadLocal 换成了 TTL。（注：异步线程通过线程池进行管理）

乱象：子线程在执行任务的过程中，用户上下文出现了两种状态：run() 执行前后 -- 正确信息、run() 执行中 -- null，如下图所示。

代码部分：如下所示。

功能逻辑

线程池装饰器

字段填充

2、没有使用 TtlRunnable

capture，replay，restore 本质是线程任务执行前后的增强方法，这些方法的调用发生于 TtlRunnable 的 run 方法中。

java 复制代码

    /**
     * wrap method {@link Runnable#run()}.
     */
    @Override
    public void run() {
        final Object captured = capturedRef.get();
        if (captured == null || releaseTtlValueReferenceAfterRun && !capturedRef.compareAndSet(captured, null)) {
            throw new IllegalStateException("TTL value reference is released after run!");
        }

        final Object backup = replay(captured);
        try {
            runnable.run();
        } finally {
            restore(backup);
        }
    }

使用方式：

直接调用 TtlRunnable.get(...) 对 Runnable 进行包装增强；
通过 TtlExecutors 工具类获取相应的包装类。

错误例子：

正确例子：

3、父子线程引用共享问题

TTL 默认的上下文复制方式是浅拷贝，这就会造成父子线程中的上下文信息出现共享问题。解决这一问题的方法为：重写 TTL 的 copy 方法，将浅拷贝换成深拷贝。

java 复制代码

    /**
     * Computes the value for this transmittable thread-local variable
     * as a function of the source thread's value at the time the task
     * Object is created.
     * <p>
     * This method is called from {@link TtlRunnable} or
     * {@link TtlCallable} when it create, before the task is started.
     * <p>
     * This method merely returns reference of its source thread value(the shadow copy),
     * and should be overridden if a different behavior is desired.
     *
     * @since 1.0.0
     */
    public T copy(T parentValue) {
        return parentValue;
    }

错误例子：

java 复制代码

    private final static ThreadLocal<Map<String, Integer>> transmittableThreadLocal = new TransmittableThreadLocal<Map<String, Integer>>() {
        @Override
        protected Map<String, Integer> initialValue() {
            return new HashMap<>();
        }
    };

    private static int i = 0;

    public static void main(String[] args) {
        transmittableThreadLocal.get().put(String.format("key-%d", ++i), i);

        Executor ttlExecutor = TtlExecutors.getTtlExecutor(Executors.newFixedThreadPool(1));
        CompletableFuture.runAsync(()-> {
            try {
                Thread.sleep(3 * 1000);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            System.out.println(StrUtil.format("[{}]子线程：{}", LocalTime.now(), transmittableThreadLocal.get()));
        }, ttlExecutor);

        transmittableThreadLocal.get().put(String.format("key-%d", ++i), i);
        System.out.println(StrUtil.format("[{}]父线程：{}", LocalTime.now(), transmittableThreadLocal.get()));

        transmittableThreadLocal.remove();
    }

正确例子：

java 复制代码

   private final static ThreadLocal<Map<String, Integer>> transmittableThreadLocal = new TransmittableThreadLocal<Map<String, Integer>>() {
        @Override
        protected Map<String, Integer> initialValue() {
            return new HashMap<>();
        }

        @Override
        public Map<String, Integer> copy(Map<String, Integer> parentValue) {
            return parentValue != null ? new HashMap<>(parentValue) : null;
        }
    };

    private static int i = 0;

    public static void main(String[] args) {
        transmittableThreadLocal.get().put(StrUtil.format("key-{}", ++i), i);

        Executor ttlExecutor = TtlExecutors.getTtlExecutor(Executors.newFixedThreadPool(1));
        CompletableFuture.runAsync(()-> {
            try {
                Thread.sleep(3 * 1000);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            System.out.println(StrUtil.format("[{}]子线程：{}", LocalTime.now(), transmittableThreadLocal.get()));
        }, ttlExecutor);

        transmittableThreadLocal.get().put(String.format("key-%d", ++i), i);
        System.out.println(StrUtil.format("[{}]父线程：{}", LocalTime.now(), transmittableThreadLocal.get()));

        transmittableThreadLocal.remove();
    }

拓展：捕获、重放期间的线程切换和 ThreadLocal 变化。

捕获：

重放：

备份

重新设置