🔧 功能
🎨 需求场景
👥 User Guide
- 1. 简单使用
- 2. 保证线程池中传递值
🔌 Java API Docs
🍪 Maven依赖
🔨 关于编译构建与IDE开发
❓ FAQ
✨ 使用TTL的好处与必要性
🗿 更多文档
📚 相关资料
- JDK Core Classes
💝 Who used
👷 Contributors

🔧 功能

👉 TransmittableThreadLocal(TTL)：在使用线程池等会池化复用线程的执行组件情况下，提供ThreadLocal值的传递功能，解决异步执行时上下文传递的问题。一个Java标准库本应为框架/中间件设施开发提供的标配能力，本库功能聚焦 & 0依赖，支持Java 17/16/15/14/13/12/11/10/9/8/7/6。

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池化复用线程的执行组件的情况，线程由线程池创建好，并且线程是池化起来反复使用的；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。

整个TransmittableThreadLocal库的核心功能（用户API与框架/中间件的集成API、线程池ExecutorService/ForkJoinPool/TimerTask及其线程工厂的Wrapper），只有 ~1000 SLOC代码行，非常精小。

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🎨 需求场景

ThreadLocal的需求场景即TransmittableThreadLocal的潜在需求场景，如果你的业务需要『在使用线程池等会池化复用线程的执行组件情况下传递ThreadLocal值』则是TransmittableThreadLocal目标场景。

下面是几个典型场景例子。

分布式跟踪系统或全链路压测（即链路打标）
日志收集记录系统上下文
Session级Cache
应用容器或上层框架跨应用代码给下层SDK传递信息

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

copy方法
用于定制 任务提交给线程池时 的ThreadLocal值传递到 任务执行时 的拷贝行为，缺省传递的是引用。
注意：如果跨线程传递了对象引用因为不再有线程封闭，与InheritableThreadLocal.childValue一样，使用者/业务逻辑要注意传递对象的线程安全。
protected的beforeExecute/afterExecute方法
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：

TransmittableThreadLocal<String> context = new TransmittableThreadLocal<>();

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

// 在父线程中设置
context.set("value-set-in-parent");

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

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

# 完整可运行的Demo代码参见SimpleDemo.kt。

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

但对于使用线程池等会池化复用线程的执行组件的情况，线程由线程池创建好，并且线程是池化起来反复使用的；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TtlRunnable和TtlCallable来修饰传入线程池的Runnable和Callable。

示例代码：

TransmittableThreadLocal<String> context = new TransmittableThreadLocal<>();

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

// 在父线程中设置
context.set("value-set-in-parent");

Runnable task = new RunnableTask();
// 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 = context.get();

注意：
即使是同一个Runnable任务多次提交到线程池时，每次提交时都需要通过修饰操作（即TtlRunnable.get(task)）以抓取这次提交时的TransmittableThreadLocal上下文的值；即如果同一个任务下一次提交时不执行修饰而仍然使用上一次的TtlRunnable，则提交的任务运行时会是之前修饰操作所抓取的上下文。示例代码如下：

// 第一次提交
Runnable task = new RunnableTask();
executorService.submit(TtlRunnable.get(task));

// ...业务逻辑代码，
// 并且修改了 TransmittableThreadLocal上下文 ...
// context.set("value-modified-in-parent");

// 再次提交
// 重新执行修饰，以传递修改了的 TransmittableThreadLocal上下文
executorService.submit(TtlRunnable.get(task));

上面演示了Runnable，Callable的处理类似

TransmittableThreadLocal<String> context = new TransmittableThreadLocal<>();

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

// 在父线程中设置
context.set("value-set-in-parent");

Callable call = new CallableTask();
// 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 = context.get();

# 完整可运行的Demo代码参见TtlWrapperDemo.kt。

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
getTtlScheduledExecutorService：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> context = new TransmittableThreadLocal<>();

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

// 在父线程中设置
context.set("value-set-in-parent");

Runnable task = new RunnableTask();
Callable call = new CallableTask();
executorService.submit(task);
executorService.submit(call);

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

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

# 完整可运行的Demo代码参见TtlExecutorWrapperDemo.kt。

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，业务代码中没有修饰Runnable或是线程池的代码。即可以做到应用代码 无侵入。
# 关于 无侵入 的更多说明参见文档Java Agent方式对应用代码无侵入。

示例代码：

// ## 1. 框架上层逻辑，后续流程框架调用业务 ##
TransmittableThreadLocal<String> context = new TransmittableThreadLocal<>();
context.set("value-set-in-parent");

// ## 2. 应用逻辑，后续流程业务调用框架下层逻辑 ##
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);

Runnable task = new RunnableTask();
Callable call = new CallableTask();
executorService.submit(task);
executorService.submit(call);

// ## 3. 框架下层逻辑 ##
// Task或是Call中可以读取，值是"value-set-in-parent"
String value = context.get();

Demo参见AgentDemo.kt。执行工程下的脚本scripts/run-agent-demo.sh即可运行Demo。

目前TTL Agent中，修饰了的JDK执行器组件（即如线程池）如下：

java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor 和 java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor
- 修饰实现代码在JdkExecutorTtlTransformlet.java。
java.util.concurrent.ForkJoinTask（对应的执行器组件是java.util.concurrent.ForkJoinPool）
- 修饰实现代码在ForkJoinTtlTransformlet.java。从版本 2.5.1 开始支持。
- 注意：Java 8引入的CompletableFuture与（并行执行的）Stream底层是通过ForkJoinPool来执行，所以支持ForkJoinPool后，TTL也就透明支持了CompletableFuture与Stream。🎉
java.util.TimerTask的子类（对应的执行器组件是java.util.Timer）
- 修饰实现代码在TimerTaskTtlTransformlet.java。从版本 2.7.0 开始支持。
- 注意：从2.11.2版本开始缺省开启TimerTask的修饰（因为保证正确性是第一位，而不是最佳实践『不推荐使用TimerTask』:）；2.11.1版本及其之前的版本没有缺省开启TimerTask的修饰。
- 使用Agent参数ttl.agent.enable.timer.task开启/关闭TimerTask的修饰：
  - -javaagent:path/to/transmittable-thread-local-2.x.y.jar=ttl.agent.enable.timer.task:true
  - -javaagent:path/to/transmittable-thread-local-2.x.y.jar=ttl.agent.enable.timer.task:false
- 更多关于TTL Agent参数的配置说明详见TtlAgent.java的JavaDoc。

关于java.util.TimerTask/java.util.Timer

Timer是JDK 1.3的老类，不推荐使用Timer类。

推荐用ScheduledExecutorService。
ScheduledThreadPoolExecutor实现更强壮，并且功能更丰富。如支持配置线程池的大小（Timer只有一个线程）；Timer在Runnable中抛出异常会中止定时执行。更多说明参见10. Mandatory Run multiple TimeTask by using ScheduledExecutorService rather than Timer because Timer will kill all running threads in case of failing to catch exceptions. - Alibaba Java Coding Guidelines。

`Java Agent`的启动参数配置

在Java的启动参数加上：-javaagent:path/to/transmittable-thread-local-2.x.y.jar。

注意：

如果修改了下载的TTL的Jar的文件名（transmittable-thread-local-2.x.y.jar），则需要自己手动通过-Xbootclasspath JVM参数来显式配置。
比如修改文件名成ttl-foo-name-changed.jar，则还需要加上Java的启动参数：-Xbootclasspath/a:path/to/ttl-foo-name-changed.jar。
或使用v2.6.0之前的版本（如v2.5.1），则也需要自己手动通过-Xbootclasspath JVM参数来显式配置（就像TTL之前的版本的做法一样）。
加上Java的启动参数：-Xbootclasspath/a:path/to/transmittable-thread-local-2.5.1.jar。

Java命令行示例如下：

java -javaagent:path/to/transmittable-thread-local-2.x.y.jar \
    -cp classes \
    com.alibaba.demo.ttl.agent.AgentDemo

# 如果修改了TTL jar文件名 或 TTL版本是 2.6.0 之前
# 则还需要显式设置 -Xbootclasspath 参数
java -javaagent:path/to/ttl-foo-name-changed.jar \
    -Xbootclasspath/a:path/to/ttl-foo-name-changed.jar \
    -cp classes \
    com.alibaba.demo.ttl.agent.AgentDemo

java -javaagent:path/to/transmittable-thread-local-2.5.1.jar \
    -Xbootclasspath/a:path/to/transmittable-thread-local-2.5.1.jar \
    -cp classes \
    com.alibaba.demo.ttl.agent.AgentDemo

关于`boot class path`

因为修饰了JDK标准库的类，标准库由bootstrap class loader加载；修饰后的JDK类引用了TTL的代码，所以Java Agent使用方式下TTL Jar文件需要配置到boot class path上。

TTL从v2.6.0开始，加载TTL Agent时会自动设置TTL Jar到boot class path上。
注意：不能修改从Maven库下载的TTL Jar文件名（形如transmittable-thread-local-2.x.y.jar）。如果修改了，则需要自己手动通过-Xbootclasspath JVM参数来显式配置（就像TTL之前的版本的做法一样）。

自动设置TTL Jar到boot class path的实现是通过指定TTL Java Agent Jar文件里manifest文件（META-INF/MANIFEST.MF）的Boot-Class-Path属性：

Boot-Class-Path

A list of paths to be searched by the bootstrap class loader. Paths represent directories or libraries (commonly referred to as JAR or zip libraries on many platforms). These paths are searched by the bootstrap class loader after the platform specific mechanisms of locating a class have failed. Paths are searched in the order listed.

更多详见

🔌 Java API Docs

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

🍪 Maven依赖

示例：

<dependency>
    <groupId>com.alibaba</groupId>
    <artifactId>transmittable-thread-local</artifactId>
    <version>2.12.3</version>
</dependency>

可以在 search.maven.org 查看可用的版本。

🔨 关于编译构建与`IDE`开发

编译构建的环境要求： JDK 8~11；用Maven常规的方式执行编译构建即可：
# 在工程中已经包含了符合版本要求的Maven，直接运行 工程根目录下的mvnw；并不需要先手动自己安装好Maven。

# 运行测试Case
./mvnw test
# 编译打包
./mvnw package
# 运行测试Case、编译打包、安装TTL库到Maven本地
./mvnw install

#####################################################
# 如果使用你自己安装的 maven，版本要求：maven 3.3.9+
mvn install

如何用IDE来开发时注意点，更多说明参见文档如何用IDE开发 - Developer Guide。

❓ FAQ

Q1. TTL Agent与其它Agent（如Skywalking、Promethues）配合使用时不生效？

配置TTL Agent在最前的位置，可以避免与其它其它Agent配合使用时，TTL Agent可能的不生效问题。配置示例：

java -javaagent:path/to/transmittable-thread-local-2.x.y.jar \
     -javaagent:path/to/skywalking-agent.jar \
     -jar your-app.jar

原因是：

像Skywalking这样的Agent的入口逻辑（premain）包含了线程池的启动。
如果配置在这样的Agent配置在前面，到了TTL Agent（的premain）时，TTL需要加强的线程池类已经加载（load）了。
TTL Agent的TtlTransformer是在类加载时触发类的增强；如果类已经加载了会跳过TTL Agent的增强逻辑。

Q2. MacOS下，使用Java Agent，可能会报JavaLaunchHelper的出错信息

JDK Bug: https://bugs.java.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。

✨ 使用`TTL`的好处与必要性

注：不读这一节，并不会影响你使用TTL来解决你碰到的问题，可以放心跳过；读了 User Guide 就可以快速用起来了～ 😄 这一节信息密度较高不易读。

好处：透明且自动完成所有异步执行上下文的可定制、规范化的捕捉与传递。
这个好处也是TransmittableThreadLocal的目标。

必要性：随着应用的分布式微服务化并使用各种中间件，越来越多的功能与组件会涉及不同的上下文，逻辑流程也越来越长；上下文问题实际上是个大的易错的架构问题，需要统一的对业务透明的解决方案。

使用ThreadLocal作为业务上下文传递的经典技术手段在中间件、技术与业务框架中广泛大量使用。而对于生产应用，几乎一定会使用线程池等异步执行组件，以高效支撑线上大流量。但使用ThreadLocal及其set/remove的上下文传递模式，在使用线程池等异步执行组件时，存在多方面的问题：

1. 从业务使用者角度来看

繁琐
- 业务逻辑要知道：有哪些上下文；各个上下文是如何获取的。
- 并需要业务逻辑去一个一个地捕捉与传递。
依赖
- 需要直接依赖不同ThreadLocal上下文各自的获取的逻辑或类。
- 像RPC的上下文（如Dubbo的RpcContext）、全链路跟踪的上下文（如SkyWalking的ContextManager）、不同业务模块中的业务流程上下文，等等。
静态（易漏）
- 因为要事先知道有哪些上下文，如果系统出现了一个新的上下文，业务逻辑就要修改添加上新上下文传递的几行代码。也就是说因 系统的 上下文新增，业务的 逻辑就跟进要修改。
- 而对于业务来说，不关心系统的上下文，即往往就可能遗漏，会是线上故障了。
- 随着应用的分布式微服务化并使用各种中间件，越来越多的功能与组件会涉及不同的上下文，逻辑流程也越来越长；上下文问题实际上是个大的易错的架构问题，需要统一的对业务透明的解决方案。
定制性
- 因为需要业务逻辑来完成捕捉与传递，业务要关注『上下文的传递方式』：直接传引用？还是拷贝传值？拷贝是深拷贝还是浅拷贝？在不同的上下文会需要不同的做法。
- 『上下文的传递方式』往往是 上下文的提供者（或说是业务逻辑的框架部分）才能决策处理好的；而 上下文的使用者（或说是业务逻辑的应用部分）往往不（期望）知道上下文的传递方式。这也可以理解成是依赖，即业务逻辑依赖/关注/实现了系统/架构的『上下文的传递方式』。

2. 从整体流程实现角度来看

关注的是 上下文传递流程的规范化。上下文传递到了子线程要做好清理（或更准确地说是要恢复成之前的上下文），需要业务逻辑去处理好。如果业务逻辑对清理的处理不正确，比如：

如果清理操作漏了：
- 下一次执行可能是上次的，即『上下文的污染/串号』，会导致业务逻辑错误。
- 『上下文的泄漏』，会导致内存泄漏问题。
如果清理操作做多了，会出现上下文丢失。

上面的问题，在业务开发中引发的Bug真是屡见不鲜 ！本质原因是：ThreadLocal的set/remove的上下文传递模式 在使用线程池等异步执行组件的情况下不再是有效的。常见的典型例子：

当线程池满了且线程池的RejectedExecutionHandler使用的是CallerRunsPolicy时，提交到线程池的任务会在提交线程中直接执行，ThreadLocal.remove操作清理提交线程的上下文导致上下文丢失。
类似的，使用ForkJoinPool（包含并行执行Stream与CompletableFuture，底层使用ForkJoinPool）的场景，展开的ForkJoinTask会在任务提交线程中直接执行。同样导致上下文丢失。

怎么设计一个『上下文传递流程』方案（即上下文的生命周期），以保证没有上面的问题？

期望：上下文生命周期的操作从业务逻辑中分离出来。业务逻辑不涉及生命周期，就不会有业务代码如疏忽清理而引发的问题了。整个上下文的传递流程或说生命周期可以规范化成：捕捉、回放和恢复这3个操作，即CRR(capture/replay/restore)模式。更多讨论参见 Issue：能在详细讲解一下replay、restore的设计理念吗？#201。

总结上面的说明：在生产应用（几乎一定会使用线程池等异步执行组件）中，使用ThreadLocal及其set/remove的上下文传递模式几乎一定是有问题的，只是在等一个出Bug的机会。

更多TTL好处与必要性的展开讨论参见 Issue：这个库带来怎样的好处和优势？ #128，欢迎继续讨论 ♥️

🗿 更多文档

📚 相关资料

JDK Core Classes

💝 Who used

使用了TTL的一部分开源项目：

中间件
- sofastack/sofa-rpc
  SOFARPC is a high-performance, high-extensibility, production-level Java RPC framework
- dromara/hmily
  Distributed transaction solutions
- siaorg/sia-gateway
  微服务路由网关（zuul-plus）
- ZTO-Express/zms
  ZTO Message Service
中间件/数据
- ppdaicorp/das
  数据库访问框架(data access service)，包括数据库控制台das console，数据库客户端das client和数据库服务端das server三部分
- SimonAlong/Neo
  Orm框架：基于ActiveRecord思想开发的至简化且功能很全的Orm框架
- didi/ALITA
  a layer-based data analysis tool
- didi/daedalus
  实现快速创建数据构造流程，数据构造流程的可视化、线上化、持久化、标准化
- DataLinkDC/DataLink
  a new open source solution to bring Flink development to data center
中间件/流程引擎
- alibaba/bulbasaur
  A pluggable, scalable process engine
- dromara/liteflow
  a lightweight and practical micro-process framework
中间件/日志
- dromara/TLog
  Lightweight distributed log label tracking framework
- fayechenlong/plumelog
  一个java分布式日志组件，支持百亿级别
- minbox-projects/minbox-logging
  分布式零侵入式、链路式请求日志分析框架。提供Admin端点进行采集日志、分析日志、日志告警通知、服务性能分析等。通过Admin Ui可查看实时链路日志信息、在线业务服务列表
  - minbox-projects/api-boot
    为接口服务而生的，基于“ SpringBoot”完成扩展和自动配置，内部封装了一系列的开箱即用Starters
- ofpay/logback-mdc-ttl
  logback扩展，集成transmittable-thread-local支持跨线程池的mdc跟踪
- oldratlee/log4j2-ttl-thread-context-map
  Log4j2 TTL ThreadContextMap, Log4j2 extension integrated TransmittableThreadLocal to MDC
中间件/字节码
- ymm-tech/easy-byte-coder
  Easy-byte-coder is a non-invasive bytecode injection framework based on JVM
测试解决方案或工具
- alibaba/jvm-sandbox-repeater
  A Java server-side recording and playback solution based on JVM-Sandbox, 录制/回放通用解决方案
- alibaba/testable-mock
  换种思路写Mock，让单元测试更简单
- shulieTech/Takin
  全链路压测平台，measure online environmental performance test for full-links, Especially for microservices
  - shulieTech/LinkAgent
    a Java-based open-source agent designed to collect data and control Functions for Java applications through JVM bytecode, without modifying applications codes
- alibaba/virtual-environment
  Route isolation with service sharing, 阿里测试环境服务隔离和联调机制的Kubernetes版实现
工具产品
- ssssssss-team/spider-flow
  新一代爬虫平台，以图形化方式定义爬虫流程，不写代码即可完成爬虫
- nekolr/slime
  🍰 一个可视化的爬虫平台
- zjcscut/octopus
  长链接压缩为短链接的服务
- xggz/mqr
  茉莉QQ机器人（简称MQR），采用mirai的Android协议实现的QQ机器人服务，通过web控制机器人的启停和配置
业务服务或平台应用
- OpenBankProject/OBP-API
  An open source RESTful API platform for banks that supports Open Banking, XS2A and PSD2 through access to accounts, transactions, counterparties, payments, entitlements and metadata - plus a host of internal banking and management APIs
- Joolun/JooLun-wx
  JooLun微信商城
- tengshe789/SpringCloud-miaosha
  一个基于spring cloud Greenwich的简单秒杀电子商城项目
Spring Cloud微服务框架方案
- zlt2000/microservices-platform
  基于SpringBoot2.x、SpringCloud和SpringCloudAlibaba并采用前后端分离的企业级微服务多租户系统架构
- zuihou/lamp-cloud
  基于Jdk11 + SpringCloud + SpringBoot 的微服务快速开发平台，其中的可配置的SaaS功能尤其闪耀，具备RBAC功能、网关统一鉴权、Xss防跨站攻击、自动代码生成、多种存储系统、分布式事务、分布式定时任务等多个模块，支持多业务系统并行开发，支持多服务并行开发，可以作为后端服务的开发脚手架
  - zuihou/lamp-util
    打造一套兼顾 SpringBoot 和 SpringCloud 项目的公共工具类
- gavenwangcn/vole
  SpringCloud Micro service business framework, SpringCloud 微服务商业脚手架
- liuweijw/fw-cloud-framework
  基于springcloud全家桶开发分布式框架（支持oauth2认证授权、SSO登录、统一下单、微信公众号服务、Shardingdbc分库分表、常见服务监控、链路监控、异步日志、redis缓存等功能），实现基于Vue全家桶等前后端分离项目工程
- matevip/matecloud
  一款基于Spring Cloud Alibaba的微服务架构
- liuht777/Taroco
  整合Nacos、Spring Cloud Alibaba，提供了一系列starter组件，同时提供服务治理、服务监控、OAuth2权限认证，支持服务降级/熔断、服务权重
- yzcheng90/ms
  一个前后分离的分布式 spring cloud 框架(全家桶)，这里有统一认证，统一网关等等功能，是一个非常简洁的微服务脚手架
- fafeidou/fast-cloud-nacos
  致力于打造一个基于nacos为注册中心，结合企业开发习惯，总结的一些基本的实现方式
- HongZhaoHua/jstarcraft-core
  目标是提供一个通用的Java核心编程框架,作为搭建其它框架或者项目的基础. 让相关领域的研发人员能够专注高层设计而不用关注底层实现. 涵盖了缓存,编解码,通讯,事件,输入/输出,监控,存储,配置,脚本和事务10个方面
- budwk/budwk
  BudWk 原名 NutzWk ，基于国产框架 nutz 及 nutzboot 开发的开源Web基础项目，集权限体系、系统参数、数据字典、站内消息、定时任务、CMS、微信等最常用功能，不庞杂、不面面俱到，使其具有上手容易、开发便捷、扩展灵活等特性，特别适合各类大中小型定制化项目需求
- yinjihuan/spring-cloud
  《Spring Cloud微服务-全栈技术与案例解析》和《Spring Cloud微服务入门实战与进阶》配套源码