Transmittable ThreadLocal(TTL)

English Documentation

• 🔧 功能
• 🎨 需求场景
• 👥 User Guide
  • 1. 简单使用
  • 2. 保证线程池中传递值
    • 2.1 修饰Runnable和Callable
      • 整个过程的完整时序图
    • 2.2 修饰线程池
    • 2.3 使用Java Agent来修饰JDK线程池实现类
      • Java Agent的使用方式在什么情况下TTL会失效
• 🔌 Java API Docs
• 🍪 Maven依赖
• ❓ FAQ
• 🗿 更多文档
• 📚 相关资料
  • Jdk core classes
  • Java Agent

🔧 功能

👉 在使用线程池等会缓存线程的组件情况下，提供ThreadLocal值的传递功能，解决异步执行时上下文传递的问题。

JDK的InheritableThreadLocal类可以完成父线程到子线程的值传递。但对于使用线程池等会缓存线程的组件的情况，线程由线程池创建好，并且线程是缓存起来反复使用的；这时父子线程关系的ThreadLocal值传递已经没有意义，应用需要的实际上是把 任务提交给线程池时的ThreadLocal值传递到 任务执行时。

本库提供的TransmittableThreadLocal类继承并加强InheritableThreadLocal类，解决上述的问题，使用详见User Guide。

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🎨 需求场景

在ThreadLocal的需求场景即是TTL的潜在需求场景，如果你的业务需要『在使用线程池等会缓存线程的组件情况下传递ThreadLocal』则是TTL目标场景。

下面是几个典型场景例子。

1. 分布式跟踪系统
2. 应用容器或上层框架跨应用代码给下层SDK传递信息
3. 日志收集记录系统上下文

各个场景的展开说明参见子文档 需求场景。

👥 User Guide

使用类TransmittableThreadLocal来保存值，并跨线程池传递。

TransmittableThreadLocal继承InheritableThreadLocal，使用方式也类似。

相比InheritableThreadLocal，添加了

1. protected方法copy
   用于定制 任务提交给线程池时的ThreadLocal值传递到 任务执行时时的拷贝行为，缺省传递的是引用。
2. protected方法beforeExecute/afterExecute
   执行任务(Runnable/Callable)的前/后的生命周期回调，缺省是空操作。

具体使用方式见下面的说明。

1. 简单使用

父线程给子线程传递值。

示例代码：

// 在父线程中设置
TransmittableThreadLocal<String> parent = new TransmittableThreadLocal<String>();
parent.set("value-set-in-parent");

// =====================================================

// 在子线程中可以读取, 值是"value-set-in-parent"
String value = parent.get();

这是其实是InheritableThreadLocal的功能，应该使用InheritableThreadLocal来完成。

但对于使用线程池等会缓存线程的组件的情况，线程由线程池创建好，并且线程是缓存起来反复使用的；这时父子线程关系的ThreadLocal值传递已经没有意义，应用需要的实际上是把 任务提交给线程池时的ThreadLocal值传递到 任务执行时。

解决方法参见下面的这几种用法。

2. 保证线程池中传递值

2.1 修饰Runnable和Callable

使用com.alibaba.ttl.TtlRunnable和com.alibaba.ttl.TtlCallable来修饰传入线程池的Runnable和Callable。

示例代码：

TransmittableThreadLocal<String> parent = new TransmittableThreadLocal<String>();
parent.set("value-set-in-parent");

Runnable task = new Task("1");
// 额外的处理，生成修饰了的对象ttlRunnable
Runnable ttlRunnable = TtlRunnable.get(task);
executorService.submit(ttlRunnable);

// =====================================================

// Task中可以读取, 值是"value-set-in-parent"
String value = parent.get();

上面演示了Runnable，Callable的处理类似

TransmittableThreadLocal<String> parent = new TransmittableThreadLocal<String>();
parent.set("value-set-in-parent");

Callable call = new Call("1");
// 额外的处理，生成修饰了的对象ttlCallable
Callable ttlCallable = TtlCallable.get(call);
executorService.submit(ttlCallable);

// =====================================================

// Call中可以读取, 值是"value-set-in-parent"
String value = parent.get();

整个过程的完整时序图

2.2 修饰线程池

省去每次Runnable和Callable传入线程池时的修饰，这个逻辑可以在线程池中完成。

通过工具类com.alibaba.ttl.threadpool.TtlExecutors完成，有下面的方法：

• getTtlExecutor：修饰接口Executor
• getTtlExecutorService：修饰接口ExecutorService
• ScheduledExecutorService：修饰接口ScheduledExecutorService

示例代码：

ExecutorService executorService = ...
// 额外的处理，生成修饰了的对象executorService
executorService = TtlExecutors.getTtlExecutorService(executorService);

TransmittableThreadLocal<String> parent = new TransmittableThreadLocal<String>();
parent.set("value-set-in-parent");

Runnable task = new Task("1");
Callable call = new Call("2");
executorService.submit(task);
executorService.submit(call);

// =====================================================

// Task或是Call中可以读取, 值是"value-set-in-parent"
String value = parent.get();

2.3 使用Java Agent来修饰JDK线程池实现类

这种方式，实现线程池的传递是透明的，代码中没有修饰Runnable或是线程池的代码。即可以做到应用代码 无侵入，后面文档有结合实际场景的架构对这一点的说明。

示例代码：

// 框架代码
TransmittableThreadLocal<String> parent = new TransmittableThreadLocal<String>();
parent.set("value-set-in-parent");

// 应用代码
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);

Runnable task = new Task("1");
Callable call = new Call("2");
executorService.submit(task);
executorService.submit(call);

// =====================================================

// Task或是Call中可以读取, 值是"value-set-in-parent"
String value = parent.get();

Demo参见AgentDemo.java。

目前Agent中，修饰了jdk中的两个线程池实现类（实现代码在TtlTransformer.java）：

• java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor
• java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor

在Java的启动参数加上：

• -Xbootclasspath/a:/path/to/transmittable-thread-local-2.x.x.jar
• -javaagent:/path/to/transmittable-thread-local-2.x.x.jar

注意：

• Agent修改是JDK的类，类中加入了引用TTL的代码，所以TTL Agent的Jar要加到bootclasspath上。

Java命令行示例如下：

java -Xbootclasspath/a:transmittable-thread-local-2.0.0.jar \
    -javaagent:transmittable-thread-local-2.0.0.jar \
    -cp classes \
    com.alibaba.ttl.threadpool.agent.demo.AgentDemo

有Demo演示『使用Java Agent来修饰线程池实现类』，执行工程下的脚本run-agent-demo.sh即可运行Demo。

Java Agent的使用方式在什么情况下TTL会失效

由于Runnable和Callable的修饰代码，是在线程池类中插入的。下面的情况会让插入的代码被绕过，传递会失效。

• 用户代码中继承java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor和java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor， 覆盖了execute、submit、schedule等提交任务的方法，并且没有调用父类的方法。
  修改线程池类的实现，execute、submit、schedule等提交任务的方法禁止这些被覆盖，可以规避这个问题。
• 目前，没有修饰java.util.Timer类，使用Timer时，TTL会有问题。

🔌 Java API Docs

当前版本的Java API文档地址： http://alibaba.github.io/transmittable-thread-local/apidocs/

🍪 Maven依赖

示例：

<dependency>
	<groupId>com.alibaba</groupId>
	<artifactId>transmittable-thread-local</artifactId>
	<version>2.1.0</version>
</dependency>

可以在 search.maven.org 查看可用的版本。

❓ FAQ

• Mac OS X下，使用javaagent，可能会报JavaLaunchHelper的出错信息。
  JDK Bug: http://bugs.sun.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=8021205
  可以换一个版本的JDK。我的开发机上1.7.0_40有这个问题，1.6.0_51、1.7.0_45可以运行。
  # 1.7.0_45还是有JavaLaunchHelper的出错信息，但不影响运行。

🗿 更多文档

• 需求场景说明
• Developer Guide
• 性能测试

📚 相关资料

Jdk core classes

• WeakHashMap
• InheritableThreadLocal

Java Agent

• Java Agent规范
• Java SE 6 新特性: Instrumentation 新功能
• Creation, dynamic loading and instrumentation with javaagents
• JavaAgent加载机制分析