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InheritableThreadLocal異步傳遞數(shù)據(jù)實現(xiàn)原理

由于上次主要分析如何解決異步獲取不到Session問題，所以沒有展開分析留下的那個思考題：使用InheritableThreadLocal傳遞Session，為什么說使用線程池不一定能獲取到Session，而不是一定獲取不到?

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在Java中，一個Java線程就是一個操作系統(tǒng)線程，創(chuàng)建一個線程需要通過new Thread創(chuàng)建，由JVM為Thread綁定操作系統(tǒng)線程，即便是使用線程池，也需要通過new Thread創(chuàng)建線程。

Thread類有兩個ThreadLocal字段：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public class Thread implements Runnable { 
    2. 
  
  
  
  
  2.     ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null; 
    3. 
  
  
  
  
  3.     ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null; 
    4. 
  
  
  
  
  4. } 
    5.

InheritableThreadLocal是ThreadLocal的子類，本質(zhì)上就是一個ThreadLocal。

在Thread類中，threadLocals與inheritableThreadLocals都是線程對象私有的，只能通過當前線程對象寫入和獲取數(shù)據(jù)，只是Thread會將寫入inheritableThreadLocals的數(shù)據(jù)傳遞給子線程的inheritableThreadLocals。

當我們往ThreadLocal或者InheritableThreadLocal寫入數(shù)據(jù)時，寫入過程為：

  • 1、ThreadLocal或者InheritableThreadLocal先調(diào)用Thread#currentThread靜態(tài)方法獲取當前線程的Thread對象;
  • 2、獲取Thread對象的threadLocals或者inheritableThreadLocals;
  • 3、將ThreadLocal或者InheritableThreadLocal對象作為key，將數(shù)據(jù)寫入到當前Thread對象的threadLocals或者inheritableThreadLocals字段中。

因此，Thread的threadLocals與inheritableThreadLocals的key是ThreadLocal或者InheritableThreadLocal實例，value是寫入的數(shù)據(jù)。

關(guān)于threadLocals我在前面一篇《反向理解ThreadLocal，或許這樣更容易理解》已經(jīng)詳細介紹過了，本篇重點分析inheritableThreadLocals是如何傳遞給子線程的。

默認情況下，當我們使用new Thread()創(chuàng)建一個線程時，在Thread的構(gòu)造方法中會通過Thread#currentThread獲取當前線程，將當前線程作為新創(chuàng)建線程的父線程，所以就有了父子線程關(guān)系。

無論使用哪個重載的構(gòu)造方法創(chuàng)建Thread，都會在構(gòu)造方法中調(diào)用init方法完成初始化為Thread字段賦值，而init方法中有這樣一段代碼：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, 
    2. 
  
  
  
  
  2.                       long stackSize, AccessControlContext acc, 
    3. 
  
  
  
  
  3.                       boolean inheritThreadLocals) { 
    4. 
  
  
  
  
  4.         ...... 
    5. 
  
  
  
  
  5.         if (inheritThreadLocals && parent.inheritableThreadLocals != null) 
    6. 
  
  
  
  
  6.             this.inheritableThreadLocals = 
    7. 
  
  
  
  
  7.                 ThreadLocal.createInheritedMap(parent.inheritableThreadLocals); 
    8. 
  
  
  
  
  8.        ...... 
    9. 
  
  
  
  
  9. } 
    10.

在init方法中，由于inheritThreadLocals參數(shù)默認為true，所以只要父線程的inheritableThreadLocals字段不為空，就copy一份父線程的inheritableThreadLocals給當前創(chuàng)建的線程對象，這就實現(xiàn)了將父線程的inheritableThreadLocals存儲的數(shù)據(jù)傳遞給子線程。

使用InheritableThreadLocal我們不得不考慮的問題：內(nèi)存泄漏。

ThreadLocal.ThreadLocalMap使用數(shù)組存儲元素，與HashMap不同，它通過開放定址法解決hash沖突，不存在鏈表，通過動態(tài)擴容數(shù)組可無限存儲元素，數(shù)組元素的類型為Entry。

當我們往ThreadLocal.ThreadLocalMap寫入一個key-value時，ThreadLocalMap把key和value包裝成一個Entry，并通過key的hashcode值計算索引值，將Entry放到數(shù)組中。

ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry類的源碼如下:

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. static class Entry extends WeakReference> { 
    2. 
  
  
  
  
  2.    Object value; 
    3. 
  
  
  
  
  3.    Entry(ThreadLocal k, Object v) { 
    4. 
  
  
  
  
  4.        super(k); 
    5. 
  
  
  
  
  5.        value = v; 
    6. 
  
  
  
  
  6.    } 
    7. 
  
  
  
  
  7. } 
    8.

雖然key為弱引用的ThreadLocal，當ThreadLocal釋放時，Entry的key變?yōu)閚ull，但由于value還在，如果Thread不釋放，那么Entry也就不會被垃圾收集器回收。

但如果線程是臨時創(chuàng)建的，在方法中創(chuàng)建且沒有被其它地方引用，當線程執(zhí)行完成時就會被JVM銷毀，在線程實際退出之前由JVM調(diào)用線程的exit方法給線程對象完成清理。exit方法部分源碼如下。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. private void exit() { 
    2. 
  
  
  
  
  2.     ...... 
    3. 
  
  
  
  
  3.     threadLocals = null; 
    4. 
  
  
  
  
  4.     inheritableThreadLocals = null; 
    5. 
  
  
  
  
  5.     ...... 
    6. 
  
  
  
  
  6. } 
    7.

因此，只要Thread對象的exit方法被調(diào)用，就不會存在內(nèi)存泄漏問題。只要線程用完就銷毀，那么使用InheritableThreadLocal，在子線程中不需要調(diào)用InheritableThreadLocal的remove方法也不會存在內(nèi)存泄漏的可能。

比如我們在項目中使用InheritableThreadLocal實現(xiàn)將Session傳遞給子線程：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. @GetMapping("/test") 
    2. 
  
  
  
  
  2. public SsoUser test() { 
    3. 
  
  
  
  
  3.     // 獲取登錄用戶 
    4. 
  
  
  
  
  4.     SsoUser ssoUser = SsoUserManager.curLoggedUser(); 
    5. 
  
  
  
  
  5.     System.out.println(ssoUser.getUserCode()); 
    6. 
  
  
  
  
  6.     // 支持子線程傳遞 
    7. 
  
  
  
  
  7.     new Thread(() -> { 
    8. 
  
  
  
  
  8.         try { 
    9. 
  
  
  
  
  9.             Thread.sleep(100); 
    10. 
  
  
  
  
  10.             SsoUser ssoUser2 = SsoUserManager.curLoggedUser(); 
    11. 
  
  
  
  
  11.             System.out.println(ssoUser2.getUserCode()); 
    12. 
  
  
  
  
  12.         } catch (InterruptedException e) { 
    13. 
  
  
  
  
  13.         } 
    14. 
  
  
  
  
  14.     }).start(); 
    15. 
  
  
  
  
  15.     return ssoUser; 
    16. 
  
  
  
  
  16. } 
    17.

在此案例中，由于子線程只是臨時創(chuàng)建的，所以我們不需要在子線程中調(diào)用InheritableThreadLocal的remove方法，只需要在父線程調(diào)用一次remove方法，因為tomcat的work線程是不會在一次請求結(jié)束后就銷毀的。

現(xiàn)在我們已經(jīng)知道了InheritableThreadLocal是如何實現(xiàn)將數(shù)據(jù)傳遞給子線程的，思考題的答案也就有了一半：由于InheritableThreadLocal只能將線程上下文傳遞給當前線程創(chuàng)建的子線程，所以只有線程池中的線程是由當前線程創(chuàng)建的才能夠傳遞。

但要知道另一半答案我們還需要從線程池中尋找。

使用不同參數(shù)構(gòu)建的線程池不同，常見的有單線程的線程池、只有固定數(shù)量核心線程的線程池、有固定數(shù)量核心線程和非核心線程的線程池、只有非核心線程的線程池。

線程池的幾個構(gòu)造參數(shù)說明如下：

  • corePoolSize：核心線程數(shù)，不會被釋放的線程數(shù)量(設(shè)置allowCoreThreadTimeOut為ture時例外);
  • maximumPoolSize：線程池的最大線程數(shù)，等于核心線程與非核心線程的數(shù)量總和;
  • keepAliveTime：非核心線程最大空閑等待時間，在指定空閑時間后如果還沒有任務(wù)則釋放該線程;
  • workQueue：任務(wù)隊列，當核心線程數(shù)用完時，任務(wù)被放入隊列。

一、線程池是臨時線程池

如果線程池是在當前線程創(chuàng)建的，且任務(wù)都是由當前線程提交的，線程池用完就消毀了，那么不管是哪種線程池，池中的線程都是由當前線程所創(chuàng)建，在這種場景下，InheritableThreadLocal能夠?qū)ontext傳給給線程池中的任一線程。

二、線程池是全局線程池

如果線程池是全局線程池：

  • 沒有核心線程且非核心線程的keepAliveTime等于0：線程都是用到才創(chuàng)建，且由于keepAliveTime等于0，線程用完可能就釋放了，在這種場景下，相當于是由當前線程創(chuàng)建子線程執(zhí)行任務(wù)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)透傳;
  • 沒有非核心線程：前(核心線程數(shù))個任務(wù)的提交都會創(chuàng)建線程，也都是由當前線程創(chuàng)建，所以只有這幾個任務(wù)的執(zhí)行是能夠正常獲取父線程寫入InheritableThreadLocal的數(shù)據(jù)的，后面提交的任務(wù)就不知道會被哪個核心線程拉取執(zhí)行了;
  • 其它：....

因此，如果線程池是全局線程池，那么無論是哪個情況，都不建議使

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文章題目：InheritableThreadLocal異步傳遞數(shù)據(jù)實現(xiàn)原理
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