ThreadLocal跨线程共享

概述

在Java编程中，ThreadLocal是一种专门设计用于在线程内存储数据的机制，确保每个线程都能独立地访问各自的变量副本。由于其设计初衷是为了解决线程间数据共享问题，所以它本身并不直接支持跨线程的数据共享。然而，在某些场景下，跨线程共享ThreadLocal数据是必要的。以下是几种实现方案及其优缺点。

InheritableThreadLocal

InheritableThreadLocal是ThreadLocal的子类，它允许子线程继承父线程的ThreadLocal变量值。这种方式最简单，但也有其局限性：

实现步骤：

使用InheritableThreadLocal代替ThreadLocal。
在线程启动之前，将需要共享的数据放入InheritableThreadLocal。
启动子线程，子线程将自动继承父线程的ThreadLocal值。

使用示例

以下是一个简单的示例代码，展示了如何使用 InheritableThreadLocal 来在子线程中继承父线程的变量值：

public class InheritableThreadLocalExample {
    // 定义一个 InheritableThreadLocal 实例
    private static InheritableThreadLocal<String> context = new InheritableThreadLocal<>();

    public static void main(String[] args) {
        // 在主线程中设置 InheritableThreadLocal 的值
        context.set("Value set in parent thread");

        // 创建一个子线程
        Thread childThread = new Thread(() -> {
            // 在子线程中获取 InheritableThreadLocal 的值
            System.out.println("Child Thread: " + context.get());
        });

        // 启动子线程
        childThread.start();

        // 在主线程中获取 InheritableThreadLocal 的值
        System.out.println("Parent Thread: " + context.get());

        try {
            // 等待子线程完成
            childThread.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

优点：

简单易用，几乎不需要额外的代码修改。
适用于需要在子线程中使用父线程数据的场景。

缺点：

只支持单层线程继承，无法跨越多级线程。
一旦子线程对数据进行了修改，其他子线程无法获知这些变化。

TransmittableThreadLocal

TransmittableThreadLocal（TTL）是一个由阿里巴巴开源的增强版ThreadLocal，它主要解决了ThreadLocal在使用线程池等场景下的局限性，特别是线程池复用线程时，InheritableThreadLocal无法继承父线程的ThreadLocal变量的问题。TTL确保了即使在线程池或异步执行任务时，父线程中的ThreadLocal变量仍然能够正确传递到子线程或异步任务中。

工作原理

TransmittableThreadLocal通过在任务提交时，捕获当前线程的ThreadLocal值，并将这些值传递到任务执行的线程中。它不仅在线程创建时传递ThreadLocal值，还能在线程池复用线程的场景下正确传递。

实现步骤

引入依赖: 首先，需要在项目中引入TransmittableThreadLocal的依赖库。
替换ThreadLocal: 将原有的ThreadLocal或InheritableThreadLocal替换为TransmittableThreadLocal。
任务提交: 在使用线程池或异步执行任务时，TTL会自动捕获并传递父线程的ThreadLocal变量。

使用示例

假设我们在一个线程池中使用TTL：

public class TTLExample {
    private static TransmittableThreadLocal<String> context = new TransmittableThreadLocal<>();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);

        context.set("Parent Thread Context");

        Runnable task = () -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - " + context.get());
        };

        // 提交任务到线程池
        executor.submit(task);
        executor.submit(task);

        executor.shutdown();
        executor.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES);
    }
}

在这个示例中，尽管线程池中的线程可能会被复用，但TransmittableThreadLocal确保了每个线程在执行任务时能够正确获取父线程的ThreadLocal值。

优点

线程池兼容性: TransmittableThreadLocal解决了线程池线程复用导致的ThreadLocal数据丢失问题。
跨线程传递: 能够在异步任务和线程池场景中传递ThreadLocal数据，使得上下文信息传递更加可靠。
应用广泛: 尤其适用于微服务架构中的链路追踪、上下文信息传递等场景。

缺点

性能开销: 虽然TTL解决了很多问题，但它在任务提交和执行时引入了一定的性能开销，特别是在高并发场景下，需要权衡性能与功能的取舍。
复杂性增加: 使用TTL意味着在设计时需要更多关注线程池中线程的生命周期和ThreadLocal的传递机制，这增加了系统的复杂性。

适用场景

分布式系统中的链路追踪: 通过TTL，可以确保分布式系统中的调用链上下文（如traceId）能够在线程池和异步任务中正确传递。
日志上下文传递: 在多线程环境下，确保日志上下文信息能够正确传递和记录。
全局上下文信息管理: 在需要跨线程共享全局上下文信息时，TTL提供了一个简单有效的方案。