面试题：Java ThreadLocal在分布式系统跨线程传递数据的复杂应用

基于ThreadLocal的通用解决方案设计

数据结构设计

设计一个上下文对象，例如TraceContext，用于存储需要传递的上下文数据，如用户标识和请求追踪ID。

public class TraceContext {
    private String userId;
    private String traceId;
    // 构造函数、getter和setter方法
    public TraceContext(String userId, String traceId) {
        this.userId = userId;
        this.traceId = traceId;
    }
    public String getUserId() {
        return userId;
    }
    public void setUserId(String userId) {
        this.userId = userId;
    }
    public String getTraceId() {
        return traceId;
    }
    public void setTraceId(String traceId) {
        this.traceId = traceId;
    }
}

使用ThreadLocal来存储该上下文对象，定义一个工具类TraceContextHolder。

public class TraceContextHolder {
    private static final ThreadLocal<TraceContext> threadLocal = new ThreadLocal<>();
    public static void setTraceContext(TraceContext context) {
        threadLocal.set(context);
    }
    public static TraceContext getTraceContext() {
        return threadLocal.get();
    }
    public static void clearTraceContext() {
        threadLocal.remove();
    }
}

跨线程传递机制

在分布式微服务架构中，当一个服务调用另一个服务时，需要将上下文数据传递过去。如果是基于HTTP调用，可以将上下文数据放在HTTP头中。例如，在发起HTTP请求前，从ThreadLocal中获取上下文数据，并设置到HTTP头中。

TraceContext context = TraceContextHolder.getTraceContext();
if (context != null) {
    HttpHeaders headers = new HttpHeaders();
    headers.set("UserId", context.getUserId());
    headers.set("TraceId", context.getTraceId());
    // 使用RestTemplate或其他HTTP客户端发起请求，并带上headers
}

在接收端服务，从HTTP头中提取上下文数据，并重新设置到ThreadLocal中。

@RestController
public class SomeController {
    @RequestMapping("/someEndpoint")
    public String handleRequest(HttpServletRequest request) {
        String userId = request.getHeader("UserId");
        String traceId = request.getHeader("TraceId");
        TraceContext context = new TraceContext(userId, traceId);
        TraceContextHolder.setTraceContext(context);
        // 处理业务逻辑
        TraceContextHolder.clearTraceContext();
        return "Response";
    }
}

对于非HTTP调用（如消息队列），同样需要将上下文数据作为消息的一部分传递，在消费者端重新设置到ThreadLocal。

与Spring Cloud的整合思路

过滤器（Filter）：在Spring Cloud中，可以利用Zuul或Spring Web的过滤器来处理上下文数据的传递。例如，在Zuul的pre过滤器中，从ThreadLocal获取上下文数据并设置到HTTP头中；在post过滤器中，清除ThreadLocal中的数据。

import com.netflix.zuul.ZuulFilter;
import com.netflix.zuul.context.RequestContext;
import org.springframework.stereotype.Component;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
@Component
public class TraceFilter extends ZuulFilter {
    @Override
    public String filterType() {
        return "pre";
    }
    @Override
    public int filterOrder() {
        return 1;
    }
    @Override
    public boolean shouldFilter() {
        return true;
    }
    @Override
    public Object run() {
        RequestContext ctx = RequestContext.getCurrentContext();
        HttpServletRequest request = ctx.getRequest();
        TraceContext context = TraceContextHolder.getTraceContext();
        if (context != null) {
            ctx.addZuulRequestHeader("UserId", context.getUserId());
            ctx.addZuulRequestHeader("TraceId", context.getTraceId());
        }
        return null;
    }
}

Feign客户端：如果使用Feign进行服务间调用，可以通过RequestInterceptor来设置上下文数据到HTTP头。

import feign.RequestInterceptor;
import feign.RequestTemplate;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component
public class TraceFeignInterceptor implements RequestInterceptor {
    @Override
    public void apply(RequestTemplate template) {
        TraceContext context = TraceContextHolder.getTraceContext();
        if (context != null) {
            template.header("UserId", context.getUserId());
            template.header("TraceId", context.getTraceId());
        }
    }
}

全局异常处理：在Spring Cloud应用中，全局异常处理可以在异常发生时，将上下文数据（如请求追踪ID）记录到日志中，方便问题排查。

import org.springframework.http.HttpStatus;
import org.springframework.http.ResponseEntity;
import org.springframework.web.bind.annotation.ControllerAdvice;
import org.springframework.web.bind.annotation.ExceptionHandler;
@ControllerAdvice
public class GlobalExceptionHandler {
    @ExceptionHandler(Exception.class)
    public ResponseEntity<String> handleException(Exception ex) {
        TraceContext context = TraceContextHolder.getTraceContext();
        String traceId = context != null? context.getTraceId() : "unknown";
        // 记录异常日志，包含traceId
        return new ResponseEntity<>("Internal Server Error", HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR);
    }
}

通过以上设计，可以在分布式微服务架构中基于ThreadLocal实现上下文数据的有效传递，并与Spring Cloud等分布式框架进行良好的整合。

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知识考点

面试题答案

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