面試官再問你 ThreadLocal，就這樣狠狠 “懟” 回去！
本文大綱
用過 ThreadLocal 嗎？在什么場(chǎng)景下會(huì)使用 ThreadLocal 講講 ThreadLocal 的原理吧！ 使用 ThreadLocal 有什么需要注意的嗎？ 有什么方式能提高 ThreadLocal 的性能嗎？ 如何將 ThreadLocal 的數(shù)據(jù)傳遞到子線程中？ 線程池中如何實(shí)現(xiàn) ThreadLocal 的數(shù)據(jù)傳遞？
用過 ThreadLocal 嗎？在什么場(chǎng)景下會(huì)使用 ThreadLocal。
這個(gè)回答一定要足夠自信：必須用過啊，無論是在平時(shí)的業(yè)務(wù)開發(fā)過程中會(huì)用到，其他很多三方框架中也都用到了 ThreadLocal。
如果你回答沒用過，很有可能就涼涼了，因?yàn)?ThreadLocal 在很多場(chǎng)景都能用到，假如實(shí)在沒用過也不要沒信心，看完這篇文章你就知道如何回答了。
場(chǎng)景一：ThreadLocal+MDC 實(shí)現(xiàn)鏈路日志增強(qiáng)
日志增強(qiáng)之前也寫過一篇文章，講解了實(shí)現(xiàn)的功能，細(xì)節(jié)沒有講，可以看看下面這篇文章了解。
文章：有了鏈路日志增強(qiáng)，排查 Bug 小意思啦！
比如我們需要在整個(gè)鏈路的日志中輸出當(dāng)前登錄的用戶 ID，首先就得在攔截器獲取過濾器中獲取用戶 ID，然后將用戶 ID 進(jìn)行存儲(chǔ)到 ThreadLocal。
然后再層層進(jìn)行透?jìng)?，如果用?Dubbo，那么就在 Dubbo 的 Filter 中進(jìn)行傳遞到下一個(gè)服務(wù)中。問題來了，在 Dubbo 的 Filter 中如何獲取前面存儲(chǔ)的用戶 ID 呢？
答案就是 ThreadLocal。獲取后添加到 MDC 中，就可以在日志中輸出用戶 ID。
場(chǎng)景二：ThreadLocal 實(shí)現(xiàn)線程內(nèi)的緩存，避免重復(fù)調(diào)用
緩存這塊就不重復(fù)講了，之前有單獨(dú)寫過文章，大家直接看之前的文章就可以了。
文章：簡(jiǎn)直騷操作，ThreadLocal 還能當(dāng)緩存用
場(chǎng)景三：ThreadLocal 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫讀寫分離下強(qiáng)制讀主庫
首先你的項(xiàng)目中要做了讀寫分離，如果有對(duì)讀寫分離不了解的同學(xué)可以查看這篇文章：讀寫分離
某些業(yè)務(wù)場(chǎng)景下，必須保證數(shù)據(jù)的及時(shí)性。主從同步有延遲，可以使用強(qiáng)制讀主庫來保證數(shù)據(jù)的一致性。
在 Sharding JDBC 中，有提供對(duì)應(yīng)的 API 來設(shè)置強(qiáng)制路由到主庫，具體代碼如下：
HintManager hintManager = HintManager.getInstance();
hintManager.setMasterRouteOnly();
HintManager 中就使用了 ThreadLocal 來存儲(chǔ)相關(guān)信息。這樣就可以實(shí)現(xiàn)在業(yè)務(wù)代碼中設(shè)置路由信息，在底層的數(shù)據(jù)庫路由那塊獲取信息，實(shí)現(xiàn)優(yōu)雅的數(shù)據(jù)傳遞。
public final class HintManager implements AutoCloseable {
private static final ThreadLocal<HintManager> HINT_MANAGER_HOLDER = new ThreadLocal();
// ...............
}
場(chǎng)景四：ThreadLocal 實(shí)現(xiàn)同一線程下多個(gè)類之間的數(shù)據(jù)傳遞
在 Spring Cloud Zuul 中，過濾器是必須要用的。用過濾器我們可以實(shí)現(xiàn)權(quán)限認(rèn)證，日志記錄，限流等功能。
過濾器有多個(gè)，而且是按順序執(zhí)行的。過濾器之前要透?jìng)鲾?shù)據(jù)該如何處理？
Zuul 中已經(jīng)提供了 RequestContext 來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，比如我們?cè)谶M(jìn)行攔截的時(shí)候會(huì)使用下面的代碼告訴負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)的過濾器不要進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)操作。
RequestContext.getCurrentContext().setSendZuulResponse(false);
RibbonRoutingFilter 中就可以通過 RequestContext 獲取對(duì)應(yīng)的信息。
@Override
public boolean shouldFilter() {
RequestContext ctx = RequestContext.getCurrentContext();
return (ctx.getRouteHost() == null && ctx.get(SERVICE_ID_KEY) != null
&& ctx.sendZuulResponse());
}
RequestContext 中就用了 ThreadLocal。
public class RequestContext extends ConcurrentHashMap<String, Object> {
protected static final ThreadLocal<? extends RequestContext> threadLocal = new ThreadLocal<RequestContext>() {
@Override
protected RequestContext initialValue() {
try {
return contextClass.newInstance();
} catch (Throwable e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
};
// .........................
}
講講 ThreadLocal 的原理吧！
ThreadLocal 在使用的時(shí)候是單獨(dú)創(chuàng)建對(duì)象的，更像一個(gè)全局的容器。但是大家有沒有想過一個(gè)問題，就是為啥要設(shè)計(jì) ThreadLocal 這個(gè)類，而不使用 HashMap 這樣的容器類？
ThreadLocal 本質(zhì)上是要解決線程之間數(shù)據(jù)的隔離，以達(dá)到互不影響的目的。如果我們用一個(gè) Map 做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，Key 為線程 ID, Value 為你要存儲(chǔ)的內(nèi)容，其實(shí)也是能達(dá)到隔離的效果。
沒錯(cuò)，效果是能達(dá)到，但是性能就不一定好了，涉及到多個(gè)線程進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。如果你不看 ThreadLocal 的源碼，你肯定也會(huì)以為 ThreadLocal 就是這么實(shí)現(xiàn)的。
ThreadLocal 在設(shè)計(jì)這塊很巧妙，會(huì)在 Thread 類中嵌入一個(gè) ThreadLocalMap，ThreadLocalMap 就是一個(gè)容器，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，但它在 Thread 類中，也就說存儲(chǔ)的就是這個(gè) Thread 類專享的數(shù)據(jù)。
原本我們以為的 ThreadLocal 設(shè)置值的代碼：
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocal.put(t.getId(), value);
}
正在的設(shè)置值的代碼：
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
可以看到，先是獲取當(dāng)前線程對(duì)象，然后從當(dāng)前線程中獲取線程的 ThreadLocalMap，值是添加到這個(gè) ThreadLocalMap 中的，key 就是當(dāng)前 ThreadLocal 的對(duì)象。從使用的 API 看上去像是把值存儲(chǔ)在了 ThreadLocal 中，其實(shí)值是存儲(chǔ)在線程內(nèi)部，然后關(guān)聯(lián)了對(duì)應(yīng)的 ThreadLocal，這樣通過 ThreadLocal.get 時(shí)就能獲取到對(duì)應(yīng)的值。
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();
}
來張圖感受下：
使用 ThreadLocal 有什么需要注意的嗎？
避免跨線程異步傳遞，雖然有解決方案，文末介紹了方案 使用時(shí)記得及時(shí) remove, 防止內(nèi)存泄露 注釋說明使用場(chǎng)景，方便后人 對(duì)性能有極致要求可以參考開源框架的做法，用一些優(yōu)化后的類，比如 FastThreadLocal
有什么方式能提高 ThreadLocal 的性能嗎？
這個(gè)問題其實(shí)是考察你對(duì)其他的一些框架的了解，因?yàn)樵谝恍╅_源的框架中也有使用 ThreadLocal 的場(chǎng)景，但是這些框架為了讓性能更好，一般都會(huì)做一些優(yōu)化。
比如 Netty 中就重寫了一個(gè) FastThreadLocal 來代替 ThreadLocal，性能在一定場(chǎng)景下比 ThreadLocal 更好。
性能提升主要表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：
FastThreadLocal 操作數(shù)據(jù)的時(shí)候，會(huì)使用下標(biāo)的方式在數(shù)組中進(jìn)行查找來代替 ThreadLocal 通過哈希的方式進(jìn)行查找。 FastThreadLocal 利用字節(jié)填充來解決偽共享問題。
其實(shí)除了 Netty 中對(duì) ThreadLocal 進(jìn)行了優(yōu)化，自定義了 FastThreadLocal。在其他的框架中也有類似的優(yōu)化，比如 Dubbo 中就 InternalThreadLocal，根據(jù)源碼中的注釋，也是參考了 FastThreadLocal 的設(shè)計(jì)，基本上差不多。
如何將 ThreadLocal 的數(shù)據(jù)傳遞到子線程中？
InheritableThreadLocal 可以將值從當(dāng)前線程傳遞到子線程中，但這種場(chǎng)景其實(shí)用的不多，我相信很多人都沒怎么聽過 InheritableThreadLocal。
那為什么 InheritableThreadLocal 就可以呢？
InheritableThreadLocal 這個(gè)類繼承了 ThreadLocal，重寫了 3 個(gè)方法，在當(dāng)前線程上創(chuàng)建一個(gè)新的線程實(shí)例 Thread 時(shí)，會(huì)把這些線程變量從當(dāng)前線程傳遞給新的線程實(shí)例。
public class InheritableThreadLocal<T> extends ThreadLocal<T> {
/**
* Computes the child's initial value for this inheritable thread-local
* variable as a function of the parent's value at the time the child
* thread is created. This method is called from within the parent
* thread before the child is started.
* <p>
* This method merely returns its input argument, and should be overridden
* if a different behavior is desired.
*
* @param parentValue the parent thread's value
* @return the child thread's initial value
*/
protected T childValue(T parentValue) {
return parentValue;
}
/**
* Get the map associated with a ThreadLocal.
*
* @param t the current thread
*/
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.inheritableThreadLocals;
}
/**
* Create the map associated with a ThreadLocal.
*
* @param t the current thread
* @param firstValue value for the initial entry of the table.
*/
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
}
通過上面的代碼我們可以看到 InheritableThreadLocal 重寫了 childValue, getMap,createMap 三個(gè)方法，當(dāng)我們往里面 set 值的時(shí)候，值保存到了 inheritableThreadLocals 里面，而不是之前的 threadLocals。
關(guān)鍵的點(diǎn)來了，為什么當(dāng)創(chuàng)建新的線程時(shí)，可以獲取到上個(gè)線程里的 threadLocal 中的值呢？原因就是在新創(chuàng)建線程的時(shí)候，會(huì)把之前線程的 inheritableThreadLocals 賦值給新線程的 inheritableThreadLocals，通過這種方式實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的傳遞。
源碼最開始在 Thread 的 init 方法中，如下：
if (parent.inheritableThreadLocals != null)
this.inheritableThreadLocals =
ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals);
createInheritedMap 如下：
static ThreadLocalMap createInheritedMap(ThreadLocalMap parentMap) {
return new ThreadLocalMap(parentMap);
}
賦值代碼：
private ThreadLocalMap(ThreadLocalMap parentMap) {
Entry[] parentTable = parentMap.table;
int len = parentTable.length;
setThreshold(len);
table = new Entry[len];
for (int j = 0; j < len; j++) {
Entry e = parentTable[j];
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
ThreadLocal<Object> key = (ThreadLocal<Object>) e.get();
if (key != null) {
Object value = key.childValue(e.value);
Entry c = new Entry(key, value);
int h = key.threadLocalHashCode & (len - 1);
while (table[h] != null)
h = nextIndex(h, len);
table[h] = c;
size++;
}
}
}
}
線程池中如何實(shí)現(xiàn) ThreadLocal 的數(shù)據(jù)傳遞？
如果涉及到線程池使用 ThreadLocal, 必然會(huì)出現(xiàn)問題。首先線程池的線程是復(fù)用的，其次，比如你從 Tomcat 的線程到自己的業(yè)務(wù)線程，也就是跨線程池了，線程也就不是之前的那個(gè)線程了，也就是說 ThreadLocal 就用不了，那么如何解決呢？
可以使用阿里的 ttl 來解決，之前我也寫過一篇文章，可以查看：Spring Cloud 中 Hystrix 線程隔離導(dǎo)致 ThreadLocal 數(shù)據(jù)丟失
貼上 ttl 的鏈接：https://github.com/alibaba/transmittable-thread-local
ttl 是基于代碼方式的改造，下面再給大家介紹一種不用改造代碼的方式，基于 Java Agent 來實(shí)現(xiàn)的，牛的一批。
鏈接：https://github.com/Nepxion/DiscoveryAgent
關(guān)于作者：尹吉?dú)g，簡(jiǎn)單的技術(shù)愛好者，《Spring Cloud 微服務(wù)-全棧技術(shù)與案例解析》, 《Spring Cloud 微服務(wù) 入門 實(shí)戰(zhàn)與進(jìn)階》作者
