Best practice-ThreadLocal高并发场景的最佳实践

news2025/3/21 5:17:36

关于ThreadLocal基础信息

引用一段来自ThreadLocal源码中的doc注释来说明其特性：

This class provides thread-local variables. These variables differ from their normal counterparts in that each thread that accesses one (via its get or set method) has its own, independently initialized copy of the variable. ThreadLocal instances are typically private static fields in classes that wish to associate state with a thread (e. g., a user ID or Transaction ID).

个人理解：该类提供了一个线程级别的变量，不同线程间通过get/set方法可以访问到自己不同的数据副本，ThreadLocal实例通常是类中的私有的静态数据如userId或事务id。

ThreadLocal在Java中是一个线程级别的变量，每一个线程都有自己独立的变量，ThreadLocal类型所创建，key是线程信息，value值是数据的副本，其副本值在各个线程间不可见，在并发模式下各个线程会访问到自己对应副本的数据信息。

通过以上特性信息，可以将ThreadLoacl应用在获取信息较为昂贵且上下文中多次使用到的业务场景，用户信息的存储和缓存场景就很适合使用该类。

线程池中的线程重用

前置知识

Spring Boot虽然没有明确配置Tomcat的地方，实则不同Spring Boot版本内置了Tomcat，不同Spring Boot版本与Tomcat版本呈现绑定关系。以下用例为方便复现Spring Boot项目中的线程复用问题，需要手动将Spring Boot的线程池大小设置为1，以保证每次请求都是同一个线程处理请求。Spring Boot 2.1.x版本之后内置Tomcat 9.x，Spring Boot 3.x版本后内置Tomcat 10.x，修properties配置文件为例，修改线程池大小的代码为：

server.tomcat.threads.max=1

yaml配置文件写法：

server:
  tomcat:
    threads:
      max: 1

Spring Boot版本嵌入式Tomcat版本对应关系：

Spring Boot 版本	默认 Tomcat 版本
1.5.x	8.5.x
2.0.x	8.5.x
2.1.x	9.0.x
2.2.x	9.0.x
2.3.x	9.0.x
2.4.x	9.0.x
2.5.x	9.0.x
2.6.x	9.0.x
2.7.x	9.0.x
3.0.x	10.1.x
3.1.x	10.1.x
3.2.x	10.1.x

Spring Boot 2.0.x版本配置：

server.tomcat.max-threads=1

错误实践业务场景

ThreadLocal 在多线程环境下可能导致的线程复用问题，即ThreadLocal没有被清理的情况下，上一个请求的 ThreadLocal 值可能会影响下一个请求。

以下代码示例使用ThreadLocal存储用户信息，使用ThreadLocal.withInitial()进行初始化，before表示请求前的值，设置用户信息之前先查询一次ThreadLocal中的用户信息，after表示赋值到ThreadLocal，使用ThreadLocal保存的副本变量。

// String类型表示用户信息
private static final ThreadLocal<String> requestIdThreadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> null);

@GetMapping("/threadlocal")
public Map<String, String> test(@RequestParam("requestId") String requestId) {
    // 查询ThreadLocal中是否已经有值
    String before = Thread.currentThread().getName() + " : " + requestIdThreadLocal.get();

    // 设置请求 ID
    requestIdThreadLocal.set(requestId);

    // 再次查询
    String after = Thread.currentThread().getName() + " : " + requestIdThreadLocal.get();

    // 模拟业务逻辑处理
    processRequest();

    // 这里如果不清理，可能会影响后续请求
    // requestIdThreadLocal.remove();  // ✅ 推荐清理

    // 返回数据
    Map<String, String> result = new HashMap<>();
    result.put("before", before);
    result.put("after", after);
    return result;
}

private void processRequest() {
    // 模拟一些业务处理
    try {
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
    } catch (InterruptedException e) {
        Thread.currentThread().interrupt();
    }
}

假设id为2的用户登录系统开始第一次请求接口，ThreadLocal中没有用户2的信息，所以before是null，模拟业务处理从数据库表中加载出用户信息，再次从ThreadLocal中获取用户信息，会正常获取到用户信息：

在这里插入图片描述

此时再来用户1请求该接口：

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

用户1请求到的初始值是2，在从数据库中获取到的用户信息是1，这个在业务上是错误的❎，即一开始的初始值获取到了其他线程的用户信息，造成该问题的原因是：Spring Boot的线程池中的线程是可以复用的，假设线程id为1的线程在代码执行完毕后，对应的ThreadLocal副本变量值没有被清空，当线程池中的线程被复用时，该线程就会获取到历史请求获取到的副本变量。

解决方案就是在每次使用完成后，将副本变量进行清空。

requestIdThreadLocal.remove();

将requestIdThreadLocal.remove();的注释放开即可，重启服务，再次请求：

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

ThreadLocal最佳实践

针对Threadlocal的避坑使用方式，以下是在存储用户信息业务场景中的最佳实践，代码可参考：

// 1. 定义静态的 ThreadLocal 变量（推荐使用 static final）且 重写 initialValue 提供默认值（可选）
private static final ThreadLocal<Integer> currentUser = ThreadLocal.withInitial(() -> 1);

@GetMapping("/best/way")
    public void bestWay() {
        // 提交多个任务
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int index = i;
            executor.execute(() -> {
                // 每个任务使用不同的用户上下文
                String before = Thread.currentThread().getName() + " : " + currentUser.get();

                // 设置请求 ID
                currentUser.set(index);

                // 再次查询
                String after = Thread.currentThread().getName() + " : " + currentUser.get();

                // 模拟业务逻辑处理
                processRequest();

                // ✅ 推荐清理，这里如果不清理，可能会影响后续请求
                currentUser.remove();

                log.info("before : " + before + " after : " + after);
            });
        }
        executor.shutdown();
    }

DEMO中使用两个线程处理5个请求，模拟并发场景，覆盖上文中ThreadLocal在线程复用场景下获取到其他用户信息的问题，以下是执行结果：

before值为1，是因为在初始化ThreadLocal时将数据定义为了1。

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

如不使用remove()方法清理ThreadLocal中的副本值，则会出现上文中获取到其他用户信息问题：

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

最佳实践说明

静态化ThreadLocal变量
- 使用 static final 定义 ThreadLocal，避免多次创建实例，减少内存占用。
避免线程池污染
- 在线程池场景中，线程会被重用，必须显式清理 ThreadLocal，防止旧数据残留，并且在 try-finally 块中调用 remove()，确保即使发生异常也能清理资源。
初始化默认值
- 通过重写 initialValue() 提供默认值，避免 get() 时返回 null。