TransmittableThreadLocal使用与详解

时间：2025-03-30 15:09:22

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  • 介绍
    • 1.1ThreadLocal
    • 1.2使用场景
  • 2.使用
    • 2.1引入依赖
    • 2.2 创建 TransmittableThreadLocal 实例：
    • 2.3 设置和获取值
    • 2.4 线程切换时传递值：
  • 3.原理

介绍

TransmittableThreadLocal 是 Alibaba 开源的一个库，旨在解决在多线程环境中正确处理 ThreadLocal的问题。它提供了一个能够在线程间传递 ThreadLocal 值的特性。

1.1ThreadLocal

ThreadLocal 是 Java 中的一个线程级别的变量，它提供了一种线程私有的变量存储机制。每个线程都有自己独立的 ThreadLocal 实例，可以用于在线程内部存储和获取数据，而不会与其他线程共享。

  1. 线程隔离的变量存储：
    ThreadLocal 提供了一种在线程内部存储变量的机制。通过 ThreadLocal，每个线程都可以拥有自己独立的变量副本，这些变量副本在其他线程中不可见，实现了线程之间的数据隔离。
  2. 数据存取操作：
    ThreadLocal 提供了一些方法来存储和获取变量的值，包括：
    set(T value)：将变量的值设置为指定值。
    get()：获取当前线程的变量值。
    remove()：从当前线程中删除变量。
  3. 线程切换的变量连续性：
    当线程切换时，ThreadLocal 可以保持变量的连续性。也就是说，新线程可以继续访问之前线程存储的变量值。这在一些场景下非常有用，例如使用线程池时，任务在不同的线程中执行，但仍然需要访问之前线程中存储的上下文信息。
  4. 避免线程间的共享和竞争条件：
    由于每个线程拥有自己的 ThreadLocal 实例，因此变量的存取不会引起线程之间的竞争条件。每个线程都可以独立地存取自己的变量副本，不需要使用同步机制来保护变量的访问。

需要注意的是，尽管 ThreadLocal 提供了一种在线程内部存储变量的机制，但它并不适合在所有情况下使用。过度使用 ThreadLocal 可能导致内存泄漏或引起上下文信息的错误传递。在使用 ThreadLocal 时，需要仔细评估和测试代码，确保正确使用和管理变量的生命周期。

在 Java 中，ThreadLocal 是作为一个类提供的，位于 包中。可以使用 ThreadLocal 类的实例来创建线程级别的变量，并使用其提供的方法进行操作。

1.2使用场景

在传统的多线程环境中，ThreadLocal 变量是线程私有的，即每个线程都有自己独立的 ThreadLocal 值。然而，在一些特定场景下，我们希望在线程切换时能够传递 ThreadLocal 值，以保持特定线程的上下文信息的连续性。这就是 TransmittableThreadLocal 的用武之地。

2.使用

2.1引入依赖

<dependency>
    <groupId></groupId>
    <artifactId>transmittable-thread-local</artifactId>
    <version>2.13.0</version>
</dependency>

2.2 创建 TransmittableThreadLocal 实例：

private static ThreadLocal<String> myThreadLocal = new TransmittableThreadLocal<>();
//TransmittableThreadLocal<>支持传入不同数据结构
private static final TransmittableThreadLocal<Map<String, Object>> inheritableThreadLocal = new TransmittableThreadLocal<>();

2.3 设置和获取值

//String
myThreadLocal.set("Hello, World!");
String value = myThreadLocal.get();
//Map
Map<String, Object> threadMap = new HashMap<>();
threadMap.put("userinfo", ssoUserInfo);
threadMap.put("referer", referer);
inheritableThreadLocal.set(threadMap);

2.4 线程切换时传递值：

当线程切换时，TransmittableThreadLocal 可以自动将当前线程的 ThreadLocal 值传递给新的线程。这样，新线程可以继续使用之前线程的上下文信息。例如，使用线程池时，当任务从一个线程切换到另一个线程时，TransmittableThreadLocal 可以保持 ThreadLocal 值的连续性。

需要注意的是，TransmittableThreadLocal 并非是 Java 标准库中的类，它是 Alibaba 开源的一个扩展库，为了解决 ThreadLocal 在跨线程传递值时的问题而设计。在使用 TransmittableThreadLocal 时，需要确保代码中正确引入了该库，并替换相应的 ThreadLocal 实例。

使用 TransmittableThreadLocal 需要谨慎，因为它在某些情况下可能导致内存泄漏或上下文信息的错误传递。需要仔细评估和测试代码，确保正确处理 ThreadLocal 值的传递，并避免潜在的问题。

3.原理

  1. 初始线程设置值：

    在初始线程中，当调用 TransmittableThreadLocal 的 set() 方法设置 ThreadLocal 的值时，实际上会将值存储在一个全局的映射表中，以线程 ID 为键，值为 ThreadLocal 的值。

            @Override
    public final void set(T value) {
        super.set(value);
        // may set null to remove value
        if (null == value) removeValue();
        else addValue();
    }

    @Override
    public final T get() {
        T value = super.get();
        if (null != value) addValue();
        return value;
    }


	private void addValue() {
        if (!holder.get().containsKey(this)) {
            holder.get().put(this, null); // WeakHashMap supports null value.
        }
	}

	//使用 InheritableThreadLocal 类创建了一个实例 holder。InheritableThreadLocal 是 ThreadLocal 的子类，它允许在父线程和子线程之间传递值。
    private static InheritableThreadLocal<Map<TransmittableThreadLocal<?>, ?>> holder =
            new InheritableThreadLocal<Map<TransmittableThreadLocal<?>, ?>>() {
        		//通过重写 initialValue() 方法，定义了在初始线程中创建的映射表对象。这个映射表使用 WeakHashMap 来存储 TransmittableThreadLocal 实例和对应的值。WeakHashMap 的使用可以避免造成内存泄漏，因为它使用弱引用来保存键，当键不再被其他引用持有时，将会被垃圾回收。
                @Override
                protected Map<TransmittableThreadLocal<?>, ?> initialValue() {
                    return new WeakHashMap<TransmittableThreadLocal<?>, Object>();
                }
				//通过重写 childValue() 方法，定义了在子线程中创建的映射表对象。这个方法接收父线程中的映射表对象作为参数，并通过构造一个新的 WeakHashMap 对象来创建子线程的映射表。由于 WeakHashMap 是基于弱引用的，它会继承父线程的映射表并在需要时进行垃圾回收。
                @Override
                protected Map<TransmittableThreadLocal<?>, ?> childValue(Map<TransmittableThreadLocal<?>, ?> parentValue) {
                    return new WeakHashMap<TransmittableThreadLocal<?>, Object>(parentValue);	
                }
            };

  2. 线程切换时传递值：

    当线程发生切换时，例如使用线程池或线程复用机制时，新的线程被分配或复用，原始线程的 ThreadLocal 值将被传递给新的线程。

  3. 新线程获取值：

    在新的线程中，当调用 TransmittableThreadLocal 的 get() 方法获取 ThreadLocal 的值时，它首先会获取当前线程的线程 ID，并通过全局映射表查找原始线程的 ThreadLocal 值。

  4. 内存清理和释放：

    TransmittableThreadLocal 会根据线程的生命周期进行相应的内存清理和释放。当线程完成后，相关的 ThreadLocal 值将被清理，并且不会影响其他线程。

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