基于TTL 解決線程池中 ThreadLocal 線程無法共享的問題
在Java的并發編程領域中，ThreadLocal被廣泛運用來解決線程安全困境，它巧妙地為每個線程提供獨立的變量副本，有效規避了線程間數據共享的問題。
不過，在使用線程池時，傳遞線程局部變量在父子線程之間并非易事。這是因為ThreadLocal的設計初衷僅在于線程內的數據隔離，無法支持跨線程間的數據傳遞。
背景
在基于Java的應用開發領域，尤其是在利用Spring框架、異步處理和微服務架構構建系統時，常常需要在不同線程或服務之間傳遞用戶會話、數據庫事務或其他上下文信息。
舉例來說，在處理用戶請求的Web服務中，記錄日志是必不可少的一環。這些日志需包含請求的獨特標識（如請求ID），這個ID在請求進入服務時生成，并會貫穿整個處理流程，包括可能并發執行的多個子任務或被分配到線程池中不同線程上執行。（在分布式場景中通常會稱之為traceId）
在這種情況下，使用ThreadLocal來存儲請求ID會帶來問題：并發執行的子任務無法訪問父線程ThreadLocal中存儲的請求ID，而且在使用線程池時，線程的重用可能導致請求ID被錯誤地共享或丟失。
偽代碼：
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadLocalExample {
private static ThreadLocal<String> requestId = new ThreadLocal<>();
public static void main(String[] args) {
requestId.set("12345"); // 設置請求ID
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
executor.submit(() -> {
System.out.println("Child task running in a separate thread: " + requestId.get());
});
executor.shutdown();
}
}在這個示例中，父線程設置了請求ID為"12345"，但是當子任務在另一個線程中執行時，無法訪問到父線程中的ThreadLocal變量requestId，因此子任務無法獲取到請求ID，可能會輸出null或者""。
偽代碼:
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadLocalThreadPoolExample {
private static ThreadLocal<String> requestId = new ThreadLocal<>();
public static void main(String[] args) {
requestId.set("12345"); // 設置請求ID
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
executor.submit(() -> {
System.out.println("Child task running in a thread pool: " + requestId.get());
});
// 另一個任務復用線程
executor.submit(() -> {
System.out.println("Another child task running in the same thread: " + requestId.get());
});
executor.shutdown();
}
}在這個示例中，如果線程池中的兩個任務在同一個線程中執行，且沒有正確處理ThreadLocal變量，可能會導致第二個任務獲取到了第一個任務的請求ID，導致請求ID的錯誤共享。
技術選型
為了應對這一難題，可以采用TransmittableThreadLocal（TTL）這一阿里巴巴開源工具庫，專為解決在使用線程池等會重用線程的情況下，ThreadLocal無法正確管理線程上下文的問題而設計。
GitHub開源地址：https://github.com/alibaba/transmittable-thread-local
TransmittableThreadLocal基于ThreadLocal進行擴展，提供了跨線程傳遞數據的能力，確保父線程傳遞值給子線程，并支持線程池等場景下的線程數據隔離。
此外，還有JDK自帶的InheritableThreadLocal，用于主子線程間參數傳遞。然而，這種方式存在一個限制：必須在主線程手動創建子線程才可使用，而在線程池中則難以實現此種傳遞機制。
具體實現
依賴引入
首先，需在項目中引入TransmittableThreadLocal的依賴。若為Maven項目，可添加以下依賴：
<dependency>
<groupId>com.alibaba</groupId>
<artifactId>transmittable-thread-local</artifactId>
<version><!-- 使用最新版本 --></version>
</dependency>使用TransmittableThreadLocal存儲請求ID
public class RequestContext {
// 使用TransmittableThreadLocal來存儲請求ID
private static final ThreadLocal<String> requestIdTL = new TransmittableThreadLocal<>();
public static void setRequestId(String requestId) {
requestIdTL.set(requestId);
}
public static String getRequestId() {
return requestIdTL.get();
}
public static void clear() {
requestIdTL.remove();
}
}創建一個線程池，并使用TTL提供的工具類確保線程池兼容TransmittableThreadLocal
import com.alibaba.ttl.threadpool.TtlExecutors;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolUtil {
private static final ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);
// 使用TtlExecutors工具類包裝原始的線程池，使其兼容TransmittableThreadLocal
public static final ExecutorService ttlExecutorService = TtlExecutors.getTtlExecutorService(pool);
public static ExecutorService getExecutorService() {
return ttlExecutorService;
}
}TtlExecutors是TransmittableThreadLocal（TTL）庫中的一款實用工具類，其機制在于對Java標準庫中的ExecutorService、ScheduledExecutorService等線程池接口的實例進行包裝。
通過這種封裝，確保在使用線程池時，能夠正確地傳遞TransmittableThreadLocal中存儲的上下文數據，即使任務在不同線程中執行。這對于解決在使用線程池時ThreadLocal變量值傳遞的問題至關重要。
執行并行任務，并在任務中使用RequestContext來訪問請求ID
import java.util.stream.IntStream;
public class Application {
public static void main(String[] args) {
// 模擬Web應用中為每個請求設置唯一的請求ID
String requestId = "REQ-" + System.nanoTime();
RequestContext.setRequestId(requestId);
try {
ExecutorService executorService = ThreadPoolUtil.getExecutorService();
IntStream.range(0, 5).forEach(i ->
executorService.submit(() -> {
// 在子線程中獲取并打印請求ID
System.out.println("Task " + i + " running in thread " + Thread.currentThread().getName() + " with Request ID: " + RequestContext.getRequestId());
})
);
} finally {
// 清理資源
RequestContext.clear();
ThreadPoolUtil.getExecutorService().shutdown();
}
}
}
