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；

    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。

    /*** wrap method {@link Runnable#run()}.*/@Overridepublic 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);}}

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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。

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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。

    /*** 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：

    private final static ThreadLocal<Map<String, Integer>> transmittableThreadLocal = new TransmittableThreadLocal<Map<String, Integer>>() {@Overrideprotected 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：

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

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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

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