[享學Netflix] 二十、Hystrix跨執行緒傳遞數據解決方案：HystrixRequestContext

  • 2020 年 3 月 18 日
  • 筆記

不要老想著做不順就放棄，哪個團隊都有問題，哪個團隊都有優點 程式碼下載地址：https://github.com/f641385712/netflix-learning

目錄

前言

說到執行緒間的數據傳遞，你肯定會聯想到ThreadLocal。但若是跨執行緒傳遞數據呢？閱讀本文之前，我個人建議你已經能夠非常熟練的使用ThreadLocal並了解其基本原理，至少看過下面兩篇文章表述的內容：

在Hystrix里，它支援兩種隔離模式：執行緒池隔離和訊號量隔離。前者是默認選項：每個命令都在執行緒池裡隔離執行，因此必然會涉及到存在跨執行緒傳遞數據的問題，這是Hystrix需要解決的（訊號量隔離不存在此問題~）。

正文

關於執行緒內、執行緒間傳遞數據的進階三部曲：ThreadLocal -> InheritableThreadLocal -> TransmittableThreadLocal，提供的能力越來越強。強兩者由JDK源生提供，最多能支援到父執行緒向子執行緒傳遞數據，但無法解決執行緒池執行問題。

TransmittableThreadLocal是阿里巴巴開源的TTL工具，專用於解決執行緒間數據傳遞問題，支援執行緒池。但是很顯然，Hystrix不可能依賴於阿里巴巴的實現（阿里的年紀比它還小呢），所以它擁有自己的實現方式，核心API為：HystrixRequestContext/HystrixRequestVariableDefault/HystrixContextRunnable。

HystrixRequestContext

它是請求級別的上下文，也就是說同一個請求內，前面放進去的內容，只要在請求生命周期內，任何地方均可以獲取到。

說明：這裡所指的請求級別，你可以理解為一個Http請求一樣，只是針對一個請求：請求內的任務可用多個執行緒或者使用執行緒池去處理，所以需要解決執行緒池內的數據獲取問題 

public class HystrixRequestContext implements Closeable {    	// 利用ThreadLocal, 每個執行緒各有一份HystrixRequestContext  	// 當然,前提是調用了initializeContext()進行初始化  	private static ThreadLocal<HystrixRequestContext> requestVariables = new ThreadLocal<>();      public static HystrixRequestContext initializeContext() {          HystrixRequestContext state = new HystrixRequestContext();          requestVariables.set(state); // 每個執行緒都持有一份當前上下文state          return state;      }      // 當然嘍，它也允許你自己重新設置綁定      // 為當前執行緒設置一個已存在的HystrixRequestContext      public static void setContextOnCurrentThread(HystrixRequestContext state) {          requestVariables.set(state);      }      	// 得到當前執行緒的Hystrix請求上下文  從ThreadLocal里拿      public static HystrixRequestContext getContextForCurrentThread() {          HystrixRequestContext context = requestVariables.get();          if (context != null && context.state != null) {              return context;          } else {              return null;          }      }  	// 判斷當前執行緒的上下文是否已經初始化~~~~ 就是判斷get() == null而已嘛      public static boolean isCurrentThreadInitialized() {          HystrixRequestContext context = requestVariables.get();          return context != null && context.state != null;      }  }

這段程式碼看似做的不多：給當前執行緒綁定一個HystrixRequestContext上下文對象，當然嘍，這個上下文對象可以init初始化，也可來自於一個已經存在的上下文。

如何理解已經存在的上下文，比如父執行緒已經存在一個上下文，子執行緒想綁定時，是可以使用父上下文的，這樣父子不就共用一個上下文了麽？這樣數據就打通了嘛~

使用示例一：

@Test  public void fun1() {      HystrixRequestContext.initializeContext();    	... // 處理你的業務邏輯        HystrixRequestContext contextForCurrentThread = HystrixRequestContext.getContextForCurrentThread();        System.out.println(contextForCurrentThread.getClass());      // contextForCurrentThread.close();      contextForCurrentThread.shutdown();  }

運行程式控制台列印：

class com.netflix.hystrix.strategy.concurrency.HystrixRequestContext

是的，單獨使用HystrixRequestContext的話，你就只能這麼簡單用啦。若配上Servlet的Filter，會更有意義些：

public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {      HystrixRequestContext context = HystrixRequestContext.initializeContext();      try {           chain.doFilter(request, response);      } finally {           context.shutdown();      }  }

官方特彆強調：如果你調用了initializeContext()方法，請務必確保shutdown()方法也會被調用，否則會造成可能的記憶體泄漏。

這樣子在Http請求的任意地方，便可輕鬆的拿到當前執行緒的HystrixRequestContext對象，從而獲取相應數據。

但是，請繼續看如下示例：

@Test  public void fun2() throws InterruptedException {      HystrixRequestContext.initializeContext();          // 啟動子執行緒完成具體業務邏輯      new Thread(() -> {          // 子執行緒里需要拿到請求上下文處理邏輯          HystrixRequestContext contextForCurrentThread = HystrixRequestContext.getContextForCurrentThread();          // ... // 處理業務邏輯          System.out.println("當前Hystrix請求上下文是：" + contextForCurrentThread);      }).start();        HystrixRequestContext.getContextForCurrentThread().close();      TimeUnit.SECONDS.sleep(1);  }

控制台列印：

當前Hystrix請求上下文是：null

我相信你在看了文首推薦的兩篇文章後，對這個結果並不會感到驚訝。有的人會說使用InheritableThreadLocal能解決向子執行緒傳遞數據的問題，那麼問題是如果非同步任務交給執行緒池執行呢？難道你還得藉助阿里巴巴的TTL來實現嗎？

提出疑問

我們知道Hystrix默認的隔離方式是執行緒池：每個command/方法均會在執行緒池內執行，所以傳遞數據使用InheritableThreadLocal是不能從根本上解決問題的，當然若你說藉助阿里巴巴的TTL是可以解決問題，但讓堂堂Hystrix依賴阿里巴巴的庫，是不是也太不實際了呢？況且Hystrix的年齡可比TTL大多了~

因此，對於以上示例至少可以提出以下疑問：

  1. 光禿禿的在執行緒內傳遞一個HystrixRequestContext貌似沒有任何意義，上下文裡面可以裝數據嗎？
  2. 對於子執行緒、執行緒池內獲取上下文HystrixRequestContext，Hystrix是如何解決的？？？

HystrixRequestContext的Javadoc里有說，它還負責一件事：管理著HystrixRequestVariable的生命周期（存儲和銷毀），而一個HystrixRequestVariable介面便代表著請求變數：請求本地變數。

HystrixRequestVariable

它是一個介面，用於存儲一個變數，和上下文相關。

第一個問題：HystrixRequestContext能裝東西嗎？那是必然呢，不然怎麼好意思叫上下文呢？

HystrixRequestContext：    	// 上下文所有的數據都使用這個Map來存儲  	// state的訪問許可權是default級別：只能同包訪問  	ConcurrentHashMap<HystrixRequestVariableDefault<?>, HystrixRequestVariableDefault.LazyInitializer<?>> state = new ConcurrentHashMap<>();

這是實際的存儲結構。每個執行緒綁定了一個HystrixRequestContext，而每個HystrixRequestContext有個Map結構存儲數據，key就HystrixRequestVariableDefault。

HystrixRequestContext並沒有提供直接訪問state的相關方法，因此欄位並非private，它建議外部直接使用欄位進行訪問（添加數據、移除數據等）。而state欄位的唯一訪問處是HystrixRequestVariableDefault。

// 它的效果特別像ThreadLocal：用於傳遞請求級別的數據  // HystrixRequestVariableLifecycle方法：initialValue/shutdown(value)  public interface HystrixRequestVariable<T> extends HystrixRequestVariableLifecycle<T> {    	// 獲取**當前請求**的值  	public T get();  }

它有一個默認實現HystrixRequestVariableDefault（可以認為是唯一實現）。

HystrixRequestVariableDefault

它用於儲存用戶請求級別的變數數據，而實際存儲依賴於HystrixRequestContext.state，和請求上下文實例綁定，從而和執行緒綁定。

public class HystrixRequestVariableDefault<T> implements HystrixRequestVariable<T> {    	// 獲取和當前請求（注意：不是當前執行緒哦，因為自己可能是子執行緒或者）  	public T get() {  		... // 必須確保HystrixRequestContext#init工作已做 否則拋出異常  		ConcurrentHashMap<HystrixRequestVariableDefault<?>, LazyInitializer<?>> variableMap = HystrixRequestContext.getContextForCurrentThread().state;  		LazyInitializer<?> v = variableMap.get(this);          if (v != null) {              return (T) v.get();          }  		...  	}  	// 初始值默認是null      public T initialValue() {          return null;      }    	// 設置數據：直接調用put方法即可。使用new一個新的LazyInitializer裝起來      public void set(T value) {          HystrixRequestContext.getContextForCurrentThread().state.put(this, new LazyInitializer<T>(this, value));      }      public void remove() { ... }  	...  }

它看起來和ThreadLocal效果類似，但是他倆有如下明顯區別：

  1. 使用它之前，必須調用HystrixRequestContext#initializeContext完成初始化才行（原因是HystrixRequestContext.state才是底層存儲）
  2. 它的清除動作是交給HystrixRequestContext#shutdown完成，所以請求結束後請你務必調用此方法

另外，它也說了，要想達到向子執行緒、執行緒池都可以傳遞數據的效果，你得使用Hystrix包裝後的HystrixContextCallable/HystrixContextRunnable去初始化任務，才能達到預期的傳播效果。

HystrixContextRunnable

Hystrix 的思路是包裝Runnable，在執行實際的任務之前，先拿當前執行緒的HystrixRequestContext初始化實際執行任務的執行緒的HystrixRequestContext，這樣達到了同一個HystrixRequestContext向下傳遞的目的了。

public class HystrixContextRunnable implements Runnable {        private final Callable<Void> actual;      // 父執行緒的上下文      private final HystrixRequestContext parentThreadState;        public HystrixContextRunnable(Runnable actual) {          this(HystrixPlugins.getInstance().getConcurrencyStrategy(), actual);      }  	// 這裡使用了HystrixConcurrencyStrategy，它是一個SPI哦  	// 你還可以通過該SPI，自定義你的執行機制，非常靠譜有木有      public HystrixContextRunnable(HystrixConcurrencyStrategy concurrencyStrategy, final Runnable actual) {          this.actual = concurrencyStrategy.wrapCallable(() -> {          	actual.run(); // 實際執行的任務          	return null;          });          // 父執行緒奶你**構造時**所處在的執行緒          this.parentThreadState = HystrixRequestContext.getContextForCurrentThread();      }          @Override      public void run() {          HystrixRequestContext existingState = HystrixRequestContext.getContextForCurrentThread();          try {              HystrixRequestContext.setContextOnCurrentThread(parentThreadState);                try {                  actual.call();              } catch (Exception e) {                  throw new RuntimeException(e);              }            } finally {              HystrixRequestContext.setContextOnCurrentThread(existingState);          }      }  }

處理思想和阿里巴巴的TTL如出一轍：執行前把父上下文設置進去，目標任務執行完成後，釋放父上下文。

另外：它還有個HystrixContextCallable用於包裝Callable，邏輯一毛一樣。

使用示例二：

@Test  public void fun3() throws InterruptedException {      HystrixRequestContext.initializeContext();      HystrixRequestContext mainContext = HystrixRequestContext.getContextForCurrentThread();      // 設置變數：讓其支援傳遞到子執行緒 or 執行緒池      NAME_VARIABLE.set("YoutBatman");        // 子執行緒的Runnable任務，必須使用`HystrixContextRunnable`才能得到上面設置的值哦      new Thread(new HystrixContextRunnable(() -> {          HystrixRequestContext contextForCurrentThread = HystrixRequestContext.getContextForCurrentThread();          System.out.println(contextForCurrentThread == mainContext);          System.out.println("當前執行緒綁定的變數值是：" + NAME_VARIABLE.get());      })).start();    	TimeUnit.SECONDS.sleep(1);      HystrixRequestContext.getContextForCurrentThread().close();    }

運行程式，控制台輸出：

true  當前執行緒綁定的變數值是：YoutBatman

請注意：這塊程式碼並沒有顯示的將 YourBatman 從 main執行緒傳遞到子執行緒，也沒有利用InheritableThreadLocal哦。它的執行步驟可描述如下：

  1. main初始化HystrixRequestContext，並且和此Context上下文完成綁定
  2. NAME_VARIABLE.set("YoutBatman")設置變數值，請注意：此變數值是處在HystrixRequestContext這個上下文里的哦，屬於main執行緒的內容
  3. main執行緒初始化任務：使用的HystrixContextRunnable，所以該任務是和main執行緒的上下文綁定的
  4. 執行任務時，先用main執行緒的Context來初始化上下文（所以它綁定的上下文和main執行緒的是同一個上下文）
  5. 任務里使用NAME_VARIABLE.get()實際上是從main執行緒的上下文里拿數據，那必然可以取到呀

這就能解釋了：為何子執行緒（甚至是執行緒池裡的執行緒）都能拿到父執行緒里設置的變數了，因為是共用的同一個context上下文嘛。

HystrixConcurrencyStrategy通用方案解決跨執行緒傳值

HystrixConcurrencyStrategy：    	// 給我們一個機會：裝飾callable執行      public <T> Callable<T> wrapCallable(Callable<T> callable) {          return callable;      }

也就是說我們可以自定義該插件的實現，可以在目標任務執行前後加入自己的邏輯。下面舉一個常見例子，獲取是你可能遇到的坑

DemoController:    	@GetMapping("/demo")  	public String getDemo() {  		// 簡單的說：就是向Request域里放一個值  	    RequestContextHolder.currentRequestAttributes().setAttribute("name", "YourBatman", SCOPE_REQUEST);  	    return demoService.getInfo();  	}    DemoService：    	public String getInfo() {  		Srting name = RequestContextHolder.currentRequestAttributes().getAttribute("name", SCOPE_REQUEST);  		return name;  	}

本來這一切是可以正常work的，但是如果現在突然說DemoService#getInfo()要加入Hystrix熔斷降級：

DemoService：    	@HystrixCommand( ... )  	public String getInfo() {  		Srting name = RequestContextHolder.currentRequestAttributes().getAttribute("name", SCOPE_REQUEST);  		return name;  	}

再次運行，what a fuck，返回null，直接導致邏輯錯誤，這非常致命。如果只有一個介面到時簡單，你可以採用方法參數傳遞方式fix，但若有多個呢？？？下面接針對性的介紹一種通用解決方案：自定義HystrixConcurrencyStrategy

/**   * 此類能夠保證：RequestContext請求上下文，也就是RequestAttributes能夠在執行緒池裡自動有效   */  public class RequestContextHystrixConcurrencyStrategy extends HystrixConcurrencyStrategy {        // 這個時候還在主執行緒了，所以通過RequestContextHolder.getRequestAttributes()是能拿到上下文的      // 拿到後hold住，等到run執行的時候再綁定即可      @Override      public <T> Callable<T> wrapCallable(Callable<T> callable) {          return new RequestAttributeAwareCallable<>(callable, RequestContextHolder.getRequestAttributes());      }        static class RequestAttributeAwareCallable<T> implements Callable<T> {            private final Callable<T> delegate;          private final RequestAttributes requestAttributes;            public RequestAttributeAwareCallable(Callable<T> callable, RequestAttributes requestAttributes) {              this.delegate = callable;              this.requestAttributes = requestAttributes;          }            // 執行之前綁定上下文，執行完成後釋放          @Override          public T call() throws Exception {              try {                  RequestContextHolder.setRequestAttributes(requestAttributes);                  return delegate.call();              } finally {                  RequestContextHolder.resetRequestAttributes();              }          }      }  }

使用API方式註冊此插件：

HystrixPlugins.getInstance().registerConcurrencyStrategy(new RequestContextHystrixConcurrencyStrategy());

你也可以採用配置的方式，寫在plugin.properties/config.properties里：

hystrix.plugin.HystrixConcurrencyStrategy.implementation=com.yourbatman.hystrix.RequestContextHystrixConcurrencyStrategy

這樣做後，媽媽就再也不用擔心你獲取不到請求上下文啦。另外本處只是以RequestContext為例，當然還有像MDC傳值MDC.setContextMap(contextMap)等等方案都是一樣的做。

總結

本文介紹了Netflix Hystrix它自己的解決跨執行緒傳遞數據的結局方式，並且也介紹了HystrixConcurrencyStrategy的擴展使用方式，該介面的擴展使用在Spring Cloud里也會有所體現。

總的來說，這篇文章內容和ThreadLocal的思想是相同的，或者說和阿里巴巴的TTL更是相似。Hystrix的隔離方式默認是執行緒池方式，所以加熔斷後是有何能影響你的正常邏輯的，請務必小心謹慎使用，特別在全鏈路追蹤時，很可能某些鏈路就失效了，影響你的全鏈路壓測邏輯…

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