Spring?Boot異步線程間數(shù)據(jù)傳遞的四種方式

更新時(shí)間：2023年01月06日 15:35:40 作者：碼猿技術(shù)專欄

這篇文章主要為大家介紹了Spring?Boot異步線程間數(shù)據(jù)傳遞的四種方式詳解，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進(jìn)步，早日升職加薪

Spring Boot 自定義線程池實(shí)現(xiàn)異步開發(fā)

Spring Boot 自定義線程池實(shí)現(xiàn)異步開發(fā)相信看過(guò)的都了解，但是在實(shí)際開發(fā)中需要在父子線程之間傳遞一些數(shù)據(jù)，比如用戶信息，鏈路信息等等

比如用戶登錄信息使用ThreadLocal存放保證線程隔離，代碼如下：

/**
 * @author 公眾號(hào)：碼猿技術(shù)專欄
 * @description 用戶上下文信息
 */
public class OauthContext {
    private static  final  ThreadLocal<LoginVal> loginValThreadLocal=new ThreadLocal<>();
    public static  LoginVal get(){
        return loginValThreadLocal.get();
    }
    public static void set(LoginVal loginVal){
        loginValThreadLocal.set(loginVal);
    }
    public static void clear(){
        loginValThreadLocal.remove();
    }
}

那么子線程想要獲取這個(gè)LoginVal如何做呢？

今天就來(lái)介紹幾種優(yōu)雅的方式實(shí)現(xiàn)Spring Boot 內(nèi)部的父子線程的數(shù)據(jù)傳遞。

1. 手動(dòng)設(shè)置

每執(zhí)行一次異步線程都要分為兩步：

獲取父線程的LoginVal
將LoginVal設(shè)置到子線程，達(dá)到復(fù)用

代碼如下：

public void handlerAsync() {
        //1. 獲取父線程的loginVal
        LoginVal loginVal = OauthContext.get();
        log.info("父線程的值：{}",OauthContext.get());
        CompletableFuture.runAsync(()->{
            //2. 設(shè)置子線程的值，復(fù)用
           OauthContext.set(loginVal);
           log.info("子線程的值：{}",OauthContext.get());
        });
    }

雖然能夠?qū)崿F(xiàn)目的，但是每次開異步線程都需要手動(dòng)設(shè)置，重復(fù)代碼太多，看了頭疼，你認(rèn)為優(yōu)雅嗎？

2. 線程池設(shè)置TaskDecorator

TaskDecorator是什么？官方api的大致意思：這是一個(gè)執(zhí)行回調(diào)方法的裝飾器，主要應(yīng)用于傳遞上下文，或者提供任務(wù)的監(jiān)控/統(tǒng)計(jì)信息。

知道有這么一個(gè)東西，如何去使用？

TaskDecorator是一個(gè)接口，首先需要去實(shí)現(xiàn)它，代碼如下：

/**
 * @description 上下文裝飾器
 */
public class ContextTaskDecorator implements TaskDecorator {
    @Override
    public Runnable decorate(Runnable runnable) {
        //獲取父線程的loginVal
        LoginVal loginVal = OauthContext.get();
        return () -> {
            try {
                // 將主線程的請(qǐng)求信息，設(shè)置到子線程中
                OauthContext.set(loginVal);
                // 執(zhí)行子線程，這一步不要忘了
                runnable.run();
            } finally {
                // 線程結(jié)束，清空這些信息，否則可能造成內(nèi)存泄漏
                OauthContext.clear();
            }
        };
    }
}

這里我只是設(shè)置了LoginVal，實(shí)際開發(fā)中其他的共享數(shù)據(jù)，比如SecurityContext，RequestAttributes....

TaskDecorator需要結(jié)合線程池使用，實(shí)際開發(fā)中異步線程建議使用線程池，只需要在對(duì)應(yīng)的線程池配置一下，代碼如下：

@Bean("taskExecutor")
public ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor poolTaskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        poolTaskExecutor.setCorePoolSize(xx);
        poolTaskExecutor.setMaxPoolSize(xx);
        // 設(shè)置線程活躍時(shí)間（秒）
        poolTaskExecutor.setKeepAliveSeconds(xx);
        // 設(shè)置隊(duì)列容量
        poolTaskExecutor.setQueueCapacity(xx);
        //設(shè)置TaskDecorator，用于解決父子線程間的數(shù)據(jù)復(fù)用
        poolTaskExecutor.setTaskDecorator(new ContextTaskDecorator());
        poolTaskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        // 等待所有任務(wù)結(jié)束后再關(guān)閉線程池
        poolTaskExecutor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
        return poolTaskExecutor;
    }

此時(shí)業(yè)務(wù)代碼就不需要去設(shè)置子線程的值，直接使用即可，代碼如下：

public void handlerAsync() {
        log.info("父線程的用戶信息：{}", OauthContext.get());
        //執(zhí)行異步任務(wù)，需要指定的線程池
        CompletableFuture.runAsync(()-&gt; log.info("子線程的用戶信息：{}", OauthContext.get()),taskExecutor);
    }

來(lái)看一下結(jié)果，如下圖：

這里使用的是CompletableFuture執(zhí)行異步任務(wù)，使用@Async這個(gè)注解同樣是可行的。

注意：無(wú)論使用何種方式，都需要指定線程池

3. InheritableThreadLocal

這種方案不建議使用，InheritableThreadLocal雖然能夠?qū)崿F(xiàn)父子線程間的復(fù)用，但是在線程池中使用會(huì)存在復(fù)用的問(wèn)題，具體的可以看陳某之前的文章：微服務(wù)中使用阿里開源的TTL，優(yōu)雅的實(shí)現(xiàn)身份信息的線程間復(fù)用

這種方案使用也是非常簡(jiǎn)單，直接用InheritableThreadLocal替換ThreadLocal即可，代碼如下：

/**
 * 
 * @description 用戶上下文信息
 */
public class OauthContext {
    private static  final  InheritableThreadLocal<LoginVal> loginValThreadLocal=new InheritableThreadLocal<>();
    public static  LoginVal get(){
        return loginValThreadLocal.get();
    }
    public static void set(LoginVal loginVal){
        loginValThreadLocal.set(loginVal);
    }
    public static void clear(){
        loginValThreadLocal.remove();
    }
}

4. TransmittableThreadLocal

TransmittableThreadLocal是阿里開源的工具，彌補(bǔ)了InheritableThreadLocal的缺陷，在使用線程池等會(huì)池化復(fù)用線程的執(zhí)行組件情況下，提供ThreadLocal值的傳遞功能，解決異步執(zhí)行時(shí)上下文傳遞的問(wèn)題。

使用起來(lái)也是非常簡(jiǎn)單，添加依賴如下：

<dependency>
	<groupId>com.alibaba</groupId>
	<artifactId>transmittable-thread-local</artifactId>
	<version>2.14.2</version>
</dependency>

OauthContext改造代碼如下：

/**
 * @description 用戶上下文信息
 */
public class OauthContext {
    private static  final TransmittableThreadLocal<LoginVal> loginValThreadLocal=new TransmittableThreadLocal<>();
    public static  LoginVal get(){
        return loginValThreadLocal.get();
    }
    public static void set(LoginVal loginVal){
        loginValThreadLocal.set(loginVal);
    }
    public static void clear(){
        loginValThreadLocal.remove();
    }
}

關(guān)于TransmittableThreadLocal想深入了解其原理可以看陳某之前的文章：微服務(wù)中使用阿里開源的TTL，優(yōu)雅的實(shí)現(xiàn)身份信息的線程間復(fù)用，應(yīng)用還是非常廣泛的

TransmittableThreadLocal原理

從定義來(lái)看，TransimittableThreadLocal繼承于InheritableThreadLocal，并實(shí)現(xiàn)TtlCopier接口，它里面只有一個(gè)copy方法。所以主要是對(duì)InheritableThreadLocal的擴(kuò)展。

public class TransmittableThreadLocal<T> extends InheritableThreadLocal<T> implements TtlCopier<T>

在TransimittableThreadLocal中添加holder屬性。這個(gè)屬性的作用就是被標(biāo)記為具備線程傳遞資格的對(duì)象都會(huì)被添加到這個(gè)對(duì)象中。

要標(biāo)記一個(gè)類，比較容易想到的方式，就是給這個(gè)類新增一個(gè)Type字段，還有一個(gè)方法就是將具備這種類型的的對(duì)象都添加到一個(gè)靜態(tài)全局集合中。之后使用時(shí)，這個(gè)集合里的所有值都具備這個(gè)標(biāo)記。

// 1. holder本身是一個(gè)InheritableThreadLocal對(duì)象
// 2. 這個(gè)holder對(duì)象的value是WeakHashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, ?>
//   2.1 WeekHashMap的value總是null,且不可能被使用。
//    2.2 WeekHasshMap支持value=null
private static InheritableThreadLocal<WeakHashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, ?>> holder = new InheritableThreadLocal<WeakHashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, ?>>() {
  @Override
  protected WeakHashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, ?> initialValue() {
    return new WeakHashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object>();
  }
  /**
   * 重寫了childValue方法，實(shí)現(xiàn)上直接將父線程的屬性作為子線程的本地變量對(duì)象。
   */
  @Override
  protected WeakHashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, ?> childValue(WeakHashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, ?> parentValue) {
    return new WeakHashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object>(parentValue);
  }
};

應(yīng)用代碼是通過(guò)TtlExecutors工具類對(duì)線程池對(duì)象進(jìn)行包裝。工具類只是簡(jiǎn)單的判斷，輸入的線程池是否已經(jīng)被包裝過(guò)、非空校驗(yàn)等，然后返回包裝類ExecutorServiceTtlWrapper。根據(jù)不同的線程池類型，有不同和的包裝類。

@Nullable
public static ExecutorService getTtlExecutorService(@Nullable ExecutorService executorService) {
  if (TtlAgent.isTtlAgentLoaded() || executorService == null || executorService instanceof TtlEnhanced) {
    return executorService;
  }
  return new ExecutorServiceTtlWrapper(executorService);
}

進(jìn)入包裝類ExecutorServiceTtlWrapper?？梢宰⒁獾讲徽撌峭ㄟ^(guò)ExecutorServiceTtlWrapper#submit方法或者是ExecutorTtlWrapper#execute方法，都會(huì)將線程對(duì)象包裝成TtlCallable或者TtlRunnable，用于在真正執(zhí)行run方法前做一些業(yè)務(wù)邏輯。

/**
 * 在ExecutorServiceTtlWrapper實(shí)現(xiàn)submit方法
 */
@NonNull
@Override
public <T> Future<T> submit(@NonNull Callable<T> task) {
  return executorService.submit(TtlCallable.get(task));
}
/**
 * 在ExecutorTtlWrapper實(shí)現(xiàn)execute方法
 */
@Override
public void execute(@NonNull Runnable command) {
  executor.execute(TtlRunnable.get(command));
}

所以，重點(diǎn)的核心邏輯應(yīng)該是在TtlCallable#call()或者TtlRunnable#run()中。以下以TtlCallable為例，TtlRunnable同理類似。在分析call()方法之前，先看一個(gè)類Transmitter

public static class Transmitter {
  /**
    * 捕獲當(dāng)前線程中的是所有TransimittableThreadLocal和注冊(cè)ThreadLocal的值。
    */
  @NonNull
  public static Object capture() {
    return new Snapshot(captureTtlValues(), captureThreadLocalValues());
  }
    /**
    * 捕獲TransimittableThreadLocal的值,將holder中的所有值都添加到HashMap后返回。
    */
  private static HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> captureTtlValues() {
    HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> ttl2Value = 
      new HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object>();
    for (TransmittableThreadLocal<Object> threadLocal : holder.get().keySet()) {
      ttl2Value.put(threadLocal, threadLocal.copyValue());
    }
    return ttl2Value;
  }
  /**
    * 捕獲注冊(cè)的ThreadLocal的值,也就是原本線程中的ThreadLocal,可以注冊(cè)到TTL中，在
    * 進(jìn)行線程池本地變量傳遞時(shí)也會(huì)被傳遞。
    */
  private static HashMap<ThreadLocal<Object>, Object> captureThreadLocalValues() {
    final HashMap<ThreadLocal<Object>, Object> threadLocal2Value = 
      new HashMap<ThreadLocal<Object>, Object>();
    for(Map.Entry<ThreadLocal<Object>,TtlCopier<Object>>entry:threadLocalHolder.entrySet()){
      final ThreadLocal<Object> threadLocal = entry.getKey();
      final TtlCopier<Object> copier = entry.getValue();
      threadLocal2Value.put(threadLocal, copier.copy(threadLocal.get()));
    }
    return threadLocal2Value;
  }
  /**
    * 將捕獲到的本地變量進(jìn)行替換子線程的本地變量，并且返回子線程現(xiàn)有的本地變量副本backup。
    * 用于在執(zhí)行run/call方法之后，將本地變量副本恢復(fù)。
    */
  @NonNull
  public static Object replay(@NonNull Object captured) {
    final Snapshot capturedSnapshot = (Snapshot) captured;
    return new Snapshot(replayTtlValues(capturedSnapshot.ttl2Value), 
                        replayThreadLocalValues(capturedSnapshot.threadLocal2Value));
  }
  /**
    * 替換TransmittableThreadLocal
    */
  @NonNull
  private static HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> replayTtlValues(@NonNull HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> captured) {
    // 創(chuàng)建副本backup
    HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> backup = 
      new HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object>();
    for (final Iterator<TransmittableThreadLocal<Object>> iterator = holder.get().keySet().iterator(); iterator.hasNext(); ) {
      TransmittableThreadLocal<Object> threadLocal = iterator.next();
      // 對(duì)當(dāng)前線程的本地變量進(jìn)行副本拷貝
      backup.put(threadLocal, threadLocal.get());
      // 若出現(xiàn)調(diào)用線程中不存在某個(gè)線程變量，而線程池中線程有，則刪除線程池中對(duì)應(yīng)的本地變量
      if (!captured.containsKey(threadLocal)) {
        iterator.remove();
        threadLocal.superRemove();
      }
    }
    // 將捕獲的TTL值打入線程池獲取到的線程TTL中。
    setTtlValuesTo(captured);
    // 是一個(gè)擴(kuò)展點(diǎn)，調(diào)用TTL的beforeExecute方法。默認(rèn)實(shí)現(xiàn)為空
    doExecuteCallback(true);
    return backup;
  }
  private static HashMap<ThreadLocal<Object>, Object> replayThreadLocalValues(@NonNull HashMap<ThreadLocal<Object>, Object> captured) {
    final HashMap<ThreadLocal<Object>, Object> backup = 
      new HashMap<ThreadLocal<Object>, Object>();
    for (Map.Entry<ThreadLocal<Object>, Object> entry : captured.entrySet()) {
      final ThreadLocal<Object> threadLocal = entry.getKey();
      backup.put(threadLocal, threadLocal.get());
      final Object value = entry.getValue();
      if (value == threadLocalClearMark) threadLocal.remove();
      else threadLocal.set(value);
    }
    return backup;
  }
  /**
    * 清除單線線程的所有TTL和TL，并返回清除之氣的backup
    */
  @NonNull
  public static Object clear() {
    final HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> ttl2Value = 
      new HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object>();
    final HashMap<ThreadLocal<Object>, Object> threadLocal2Value = 
      new HashMap<ThreadLocal<Object>, Object>();
    for(Map.Entry<ThreadLocal<Object>,TtlCopier<Object>>entry:threadLocalHolder.entrySet()){
      final ThreadLocal<Object> threadLocal = entry.getKey();
      threadLocal2Value.put(threadLocal, threadLocalClearMark);
    }
    return replay(new Snapshot(ttl2Value, threadLocal2Value));
  }
  /**
    * 還原
    */
  public static void restore(@NonNull Object backup) {
    final Snapshot backupSnapshot = (Snapshot) backup;
    restoreTtlValues(backupSnapshot.ttl2Value);
    restoreThreadLocalValues(backupSnapshot.threadLocal2Value);
  }
  private static void restoreTtlValues(@NonNull HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> backup) {
    // 擴(kuò)展點(diǎn)，調(diào)用TTL的afterExecute
    doExecuteCallback(false);
    for (final Iterator<TransmittableThreadLocal<Object>> iterator = holder.get().keySet().iterator(); iterator.hasNext(); ) {
      TransmittableThreadLocal<Object> threadLocal = iterator.next();
      if (!backup.containsKey(threadLocal)) {
        iterator.remove();
        threadLocal.superRemove();
      }
    }
    // 將本地變量恢復(fù)成備份版本
    setTtlValuesTo(backup);
  }
  private static void setTtlValuesTo(@NonNull HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> ttlValues) {
    for (Map.Entry<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> entry : ttlValues.entrySet()) {
      TransmittableThreadLocal<Object> threadLocal = entry.getKey();
      threadLocal.set(entry.getValue());
    }
  }
  private static void restoreThreadLocalValues(@NonNull HashMap<ThreadLocal<Object>, Object> backup) {
    for (Map.Entry<ThreadLocal<Object>, Object> entry : backup.entrySet()) {
      final ThreadLocal<Object> threadLocal = entry.getKey();
      threadLocal.set(entry.getValue());
    }
  }
  /**
   * 快照類，保存TTL和TL
   */
  private static class Snapshot {
    final HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> ttl2Value;
    final HashMap<ThreadLocal<Object>, Object> threadLocal2Value;
    private Snapshot(HashMap<TransmittableThreadLocal<Object>, Object> ttl2Value,
                     HashMap<ThreadLocal<Object>, Object> threadLocal2Value) {
      this.ttl2Value = ttl2Value;
      this.threadLocal2Value = threadLocal2Value;
    }
  }

進(jìn)入TtlCallable#call()方法。

@Override
public V call() throws Exception {
  Object captured = capturedRef.get();
  if (captured == null || releaseTtlValueReferenceAfterCall &amp;&amp; 
      !capturedRef.compareAndSet(captured, null)) {
    throw new IllegalStateException("TTL value reference is released after call!");
  }
  // 調(diào)用replay方法將捕獲到的當(dāng)前線程的本地變量，傳遞給線程池線程的本地變量，
  // 并且獲取到線程池線程覆蓋之前的本地變量副本。
  Object backup = replay(captured);
  try {
    // 線程方法調(diào)用
    return callable.call();
  } finally {
    // 使用副本進(jìn)行恢復(fù)。
    restore(backup);
  }
}

到這基本上線程池方式傳遞本地變量的核心代碼已經(jīng)大概看完了?？偟膩?lái)說(shuō)在創(chuàng)建TtlCallable對(duì)象是，調(diào)用capture()方法捕獲調(diào)用方的本地線程變量，在call()執(zhí)行時(shí)，將捕獲到的線程變量，替換到線程池所對(duì)應(yīng)獲取到的線程的本地變量中，并且在執(zhí)行完成之后，將其本地變量恢復(fù)到調(diào)用之前。