什么是 TransmittableThreadLocal？

TransmittableThreadLocal（TTL）是一种扩展自 ThreadLocal 的机制，它允许在不同线程或进程之间传递变量。这种机制特别适用于那些需要在线程之间共享数据的场景，如线程池、异步任务处理、微服务架构等。

TransmittableThreadLocal 的核心优势

1. 跨线程传递

传统的 ThreadLocal 变量只能在创建它的线程内部访问，而 TransmittableThreadLocal 可以跨越线程边界，将变量值从一个线程传递到另一个线程。

2. 跨进程传递

在分布式系统中，服务之间可能需要共享某些上下文信息。TransmittableThreadLocal 可以通过序列化和反序列化机制，实现跨进程的变量传递。

3. 减少内存泄漏风险

TransmittableThreadLocal 通常提供了更精细的控制机制，允许开发者在适当的时候清理变量，从而减少因线程复用导致的内存泄漏风险。

TransmittableThreadLocal 的工作原理

TransmittableThreadLocal 的工作原理主要依赖于它内部维护的一个 Map 结构，这个 Map 将 ThreadLocal 的值与线程ID关联起来。当任务从一个线程传递到另一个线程时，TransmittableThreadLocal 会将这些值一起传递过去。

1. 值的存储

当一个变量被存储到 TransmittableThreadLocal 中时，它会将变量的值与当前线程的ID关联起来。这样，每个线程都有一个独立的变量副本。

2. 值的传递

当任务从一个线程传递到另一个线程时，TransmittableThreadLocal 会将当前线程的 Map 中的值复制到目标线程的 Map 中。这样，目标线程就可以访问到源线程的变量值。

3. 值的清理

在任务执行完毕后，为了避免内存泄露，TransmittableThreadLocal 会清理目标线程中的变量副本。

使用 TransmittableThreadLocal

使用 TransmittableThreadLocal 通常需要以下几个步骤：

1. 创建 TransmittableThreadLocal 实例

首先，你需要创建一个 TransmittableThreadLocal 实例来存储你想要跨线程传递的变量。

TransmittableThreadLocal<String> context = new TransmittableThreadLocal<>();

2. 设置变量值

在任务开始之前，设置 TransmittableThreadLocal 的值。

context.set("some value");

3. 跨线程传递

将任务提交到线程池或其他并发执行机制中。TransmittableThreadLocal 会负责在线程之间传递变量值。

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
executorService.submit(() -> {
    String value = context.get();
    // 使用 value 进行后续处理
});

4. 清理变量

在任务执行完毕后，清理 TransmittableThreadLocal 的值，以避免内存泄漏。

context.remove();

TransmittableThreadLocal 在实际应用中的例子

1. 微服务架构中的上下文传递

在微服务架构中，一个请求可能需要经过多个服务处理。使用 TransmittableThreadLocal 可以确保请求的上下文信息（如用户身份、会话信息等）在服务之间传递。

2. 异步任务处理

在处理异步任务时，TransmittableThreadLocal 可以确保任务的上下文信息在不同的线程中保持一致。

3. 线程池中的资源共享

在线程池中，TransmittableThreadLocal 可以用于共享那些不适合在多个线程间共享的资源，如数据库连接、文件句柄等。

TransmittableThreadLocal 实现日志全链路追踪

在并发及异步条件下，不同线程之间的线程变量无法共享，普通的手段难以实现对请求id进行全链路的日志追踪，虽然可以通过重写线程池的提交方法来强行实现线程变量的共享，但是这样扩展性不好，后续不好维护，此时可以结合 TransmittableThreadLocal 来实现线程池内共享主线程变量，来实现全链路日志追踪的效果。

1. 创建定制的 TransmittableThreadLocal 实例

此工具类中引入 TransmittableThreadLocal 实例，重写其中的 beforeExecute、afterExecute、initialValue 方法。

TransmittableThreadLocal<Map<String, String>> ttlMDC = new TransmittableThreadLocal<Map<String, String>>() {
    /**
     * 在多线程数据传递的时候，将数据复制一份给MDC
     */
    @Override
    protected void beforeExecute() {
        final Map<String, String> mdc = get();
        mdc.forEach(MDC::put);
    }

    @Override
    protected void afterExecute() {
        MDC.clear();
    }

    @Override
    protected Map<String, String> initialValue() {
        return Maps.newHashMap();
    }
};

1. 创建线程池并用 TtlExecutors 包装

创建线程池并使用 TtlExecutors 进行包装，后续使用此线程池即可实现线程池内同步主线程的 Slf4j 日志信息。

ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
// 使用ttl进行包装
return TtlExecutors.getTtlExecutorService(executor.getThreadPoolExecutor());

结论

TransmittableThreadLocal 提供了一种强大的机制，使得线程局部变量可以在不同线程甚至不同进程之间传递。这在构建复杂的并发应用程序，特别是在微服务和分布式系统中，是一个非常有用的特性。通过合理使用 TransmittableThreadLocal，开发者可以更加灵活地管理线程间的变量传递，提高应用程序的性能和可靠性。