08、Java JUC源码分析 - InheritableThreadLocal（可继承的ThreadLocal）详解
一、前言
前一段时间做了个服务调用链路追踪的需求，最后需要把trace信息通过Mybatis Plugin持久化到每个业务表中；以供后面的日志审计服务使用。
其中我采用ThreadLocal把trace信息传递到Mybatis Plugin中，不过由于存在 在dubbo接口 / Rest接口中采用new Threa()、CompleteFuture的方式启动一个异步线程去做DB数据（走MyBatis）的持久化，这时ThreadLocal就无法将trace信息传递到Mybatis Plugin，因此有了今天InheritableThreadLocal的故事。
二、InheritableThreadLocal概述
InheritableThreadLocal用于实现 父线程生成的变量可以自动传递到子线程中进行使用 的需求。
从类的构造来看，InheritableThreadLocal继承自ThreadLocal；
- 在编码使用上，InheritableThreadLocal和ThreadLocal没有任何区别，只是在实例化的对象的时候使用new InheritableThreadLocal
<>()。
1、ThreadLocal的使用
public class ParentChildThreadLocal {
public final static ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();
public static void main(String[] args) {
threadLocal.set("haha, parent-child variables!");
System.out.println("父线程的值（threadLocal）：" + threadLocal.get());
// 开启子线程
new Thread(() -> {
System.out.println("子线程继承到的值（threadLocal）: " + threadLocal.get());
}).start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
上述代码中，实例化一个ThreadLocal变量，在main线程中对ThreadLocal变量进行赋值、取值，并在main线程中开启一个子线程获取main线程中ThreadLocal变量的值。执行结果如下：
从运行结果可以看出，使用ThreadLocal时，子线程无法获取到父线程中的本地变量值。
2、InheritableThreadLocal的使用
public class ParentChildThreadLocal {
public final static InheritableThreadLocal<String> inheritableThreadLocal = new InheritableThreadLocal<>();
public static void main(String[] args) {
inheritableThreadLocal.set("haha, parent-child variables!");
System.out.println("父线程的值（InheritableThreadLocal）：" + inheritableThreadLocal.get());
// 开启子线程
new Thread(() -> {
System.out.println("子线程继承到的值（InheritableThreadLocal）: " + inheritableThreadLocal.get());
}).start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
上述代码中，实例化一个InheritableThreadLocal变量，在main线程中对InheritableThreadLocal变量进行赋值、取值，并在main线程中开启一个子线程获取main线程中InheritableThreadLocal变量的值。执行结果如下：
从运行结果可以看出，使用InheritableThreadLocal之后，子线程可以获取到父线程中的本地变量值。
那么为什么呢？下面来跟一下InheritableThreadLocal的源码。
三、InheritableThreadLocal源码分析
经过上面的测试代码，我们可以推测出InheritableThreadLocal是ThreadLocal派生出专门用于解决线程本地变量父传子问题的，这里我们通过源码分析一下InheritableThreadLocal是如何完成这一操作的！
1、Thread类构成
Thread类中包含 threadLocals 和 inheritableThreadLocals 两个变量，其中 inheritableThreadLocals 用于存储可自动从父线程向子线程中传递的ThreadLocal.ThreadLocalMap。
1> Thread#inheritableThreadLocals变量
接着，来看一下创建线程时如何实现ThreadLocal在父子线程之间的传递；
而此处所谓的父线程，指想调用new Thread()实例化一个线程的当前线程。
2> ThreadLocal#createInheritedMap()
再看ThreadLocal#createInheritedMap()方法是如何将父线程中的inheritableThreadLocals传递到子线程的。
static ThreadLocalMap createInheritedMap(ThreadLocalMap parentMap) {
return new ThreadLocalMap(parentMap);
}
本质上就是实例化一个ThreadLocalMap：
private ThreadLocalMap(ThreadLocalMap parentMap) {
Entry[] parentTable = parentMap.table;
int len = parentTable.length;
setThreshold(len);
// ThreadLocalMap 使用 Entry[] table 存储ThreadLocal
table = new Entry[len];
// 逐一复制 parentMap中的所有ThreadLocal记录
for (int j = 0; j < len; j++) {
Entry e = parentTable[j];
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
ThreadLocal<Object> key = (ThreadLocal<Object>) e.get();
if (key != null) {
// childValue()内部是直接将e.value返回
Object value = key.childValue(e.value);
// 构建Entry数组节点，放入到ThreadLocalMap中
Entry c = new Entry(key, value);
int h = key.threadLocalHashCode & (len - 1);
// 使用开发地址方法解决hash冲突
while (table[h] != null)
h = nextIndex(h, len);
table[h] = c;
size++;
}
}
}
}
由于ThreadLocalMap内部存在hash冲突的情况，所有采用开发地址法解决hash冲突问题。
- 即数据想放在索引下标为3，但是索引下标3处存在数据，此时就从索引下标4开始往后查找空闲的位置。相应的它的查询速度就会慢很多，这是一种时间换空间的做法。
从这里可以推测出，InheritableThreadLocal主要便是针对Thread类的inheritableThreadLocals变量做操作。
2、InheritableThreadLocal类结构
首先，InheritableThreadLocal类继承自ThreadLocal；
然后重写了ThreadLocal的三个方法：childValue(T parentValue)、getMap(Thread t)、createMap(Thread t, T firstValue)
public class InheritableThreadLocal<T> extends ThreadLocal<T> {
protected T childValue(T parentValue) {
return parentValue;
}
/**
* Get the map associated with a ThreadLocal.
*
* @param t the current thread
*/
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.inheritableThreadLocals;
}
/**
* Create the map associated with a ThreadLocal.
*
* @param t the current thread
* @param firstValue value for the initial entry of the table.
*/
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
}
1> ThreadLocal#set()方法
走到ThreadLocal#set()方法里：
上面提到，InheritableThreadLocal重写了ThreadLocal的三个方法，其中就包括getMap(Thread t)、createMap(Thread t, T firstValue)；也就是说ThreadLocal存储数据的主体从Thread的threadLocals变量变成了inheritableThreadLocals变量；
而对于其余操作并无区别；
- 因为hash计算、查找、扩容都是ThradLocalMap里做的，
- 而InheritableThreadLocal只决定为Thread对象里哪个ThreadLocalMap属性赋值。
2> ThreadLocal#get()方法
ThreadLocal#get()方法和set()方法一样，只是操作的Thread的ThradLocalMap对象不同。
3> 阶段总结，问：InheritableThreadLocal和ThreadLocal的区别是什么？
InheritableThreadLocal继承自ThreadLocal，用于解决父子线程之间传递变量的问题。- 而
InheritableThreadLocal之所以能在父子线程之间传递变量，是因为其使用的存储线程ThreadLocal数据的主体ThreadLocalMap是Thread类中的inheritableThreadLocals，而ThreadLocal使用的是Thread类中的threadLocals。
- 在线程初始化的时候，会从父线程中取出
inheritableThreadLocals信息传递到子线程。
- 所以InheritableThreadLocal和ThreadLocal的唯一区别在于：它俩存储数据的
ThreadLocalMap主体不同。
三、InheritableThreadLocal有什么问题吗？
1、直接通过set改变对象内容时，线程不安全
如果线程本地变量是可写的，那么任意子线程针对本地变量的修改都会影响到主线程的本地变量（本质上是同一个对象）。
这里对于共享变量的修改存在线程安全问题太正常了。主要点在于线程池中InheritableThreadLocal失效。
2、线程池中InheritableThreadLocal失效
在使用线程池时，InheritableThreadLocal会完全失效；因为父线程的ThreadLocalMap是通过实例化一个Thread时赋值给子线程的，而线程池在执行异步任务时可能不需要创建新的线程，因此也就不会再传递父线程的ThreadLocalMap给子线程。
针对这个问题，我们可以通过使用阿里开源的TransmittableThreadLocal解决，参考文档：https://github.com/alibaba/transmittable-thread-local。
具体内容下篇博文输出。
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