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優(yōu)雅的關(guān)閉Java線程池,這樣做才是yyds

開發(fā)
想要優(yōu)雅的關(guān)閉線程池,首先要理解線程中斷的含義。

1 背景

某年某月某日,和我的臥龍同事聊一個(gè)需求,說是有個(gè)數(shù)據(jù)查詢的功能,因?yàn)樯婕暗蕉鄠€(gè)第三方接口調(diào)用,想用線程池并行來做。

很正常的一個(gè)方案,但是上線后發(fā)現(xiàn),每次服務(wù)發(fā)布的時(shí)候,這個(gè)數(shù)據(jù)查詢的功能就會(huì)掛掉,后來發(fā)現(xiàn)是線程池沒有做好關(guān)閉,這里總結(jié)一下。

關(guān)鍵字:線程池;shutdown;shutdownNow;interrupt

2 線程中斷 interrupt

先補(bǔ)一補(bǔ)基礎(chǔ)的知識(shí):線程中斷。

線程中斷的含義,并不是強(qiáng)制把運(yùn)行中的線程給“咔嚓”中斷,而是把線程的中斷標(biāo)志位置為true,這樣等線程之后阻塞(wait、join、sleep)的時(shí)候,就會(huì)拋出 InterruptedException,程序通過捕獲 InterruptedException 來做一定的善后處理,然后讓線程退出。

來看個(gè)例子,下面這段代碼是起一個(gè)線程,打印一百行文本,打印過程中,會(huì)把線程的中斷標(biāo)志位置為true

public static void test02() throws InterruptedException {

    Thread t = new Thread(() -> {
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        System.out.println("process i=" + i + ",interrupted:" + Thread.currentThread().isInterrupted());
    }
    });
    t.start();
    Thread.sleep(1);
    t.interrupt();
}

看看控制臺(tái)的輸出,發(fā)現(xiàn)在打印到 57 的時(shí)候,中斷標(biāo)志位已經(jīng)成功置為true了,但是線程任然在打印,說明只是設(shè)置了中斷標(biāo)志位,而不是直接粗暴的把線程中斷。

...

process i=55,interrupted:false

process i=56,interrupted:false

process i=57,interrupted:true

process i=58,interrupted:true

process i=59,interrupted:true

...

再看看這個(gè)示例,同樣是打印一百行文本,打印過程中會(huì)判斷中斷標(biāo)志位,如果中斷就自行退出。

public static void test02() throws InterruptedException {

    Thread t = new Thread(() -> {
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        if (Thread.interrupted()) {
            System.out.println("線程已中斷,退出執(zhí)行");
            break;
        }
        System.out.println("process i=" + i + ",interrupted:" + Thread.currentThread().isInterrupted());
    }
    });
    t.start();
    Thread.sleep(1);
    t.interrupt();
}

控制臺(tái)輸出如下,:

process i=49,interrupted:false

process i=50,interrupted:false

process i=51,interrupted:false

線程已中斷,退出執(zhí)行

3 線程池的關(guān)閉 shutdown 方法

了解完線程中斷,再來看看線程池的關(guān)閉方法。

關(guān)閉線程池有兩個(gè)方法 shutdown()  shutdownNow(),具體有什么區(qū)別?我們先來看看 shutdown() 方法

/**
 * Initiates an orderly shutdown in which previously submitted
 * tasks are executed, but no new tasks will be accepted.
 * Invocation has no additional effect if already shut down.
 *
 * <p>This method does not wait for previously submitted tasks to
 * complete execution.  Use {@link #awaitTermination awaitTermination}
 * to do that.
 *
 * @throws SecurityException {@inheritDoc}
 */
public void shutdown() {
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    mainLock.lock();
    try {
        checkShutdownAccess();
        advanceRunState(SHUTDOWN); // 1. 把線程池的狀態(tài)設(shè)置為 SHUTDOWN
        interruptIdleWorkers(); // 2. 把空閑的工作線程置為中斷
        onShutdown(); // 3. 一個(gè)空實(shí)現(xiàn),暫不用關(guān)注
    } finally {
        mainLock.unlock();
    }
    tryTerminate();
}

看源碼先看注釋,我用我英語四級(jí)的超高水準(zhǔn)水平翻譯下:

啟動(dòng)有序關(guān)閉會(huì)執(zhí)行以前提交的任務(wù),但不接受任何新任務(wù)。

如果已經(jīng)關(guān)閉,則調(diào)用不會(huì)產(chǎn)生額外的影響。

此方法不等待活動(dòng)執(zhí)行的任務(wù)終止。如果需要,可使用 awaitTermination() 做到這一點(diǎn)。

3.1 第一步:advanceRunState(SHUTDOWN) 把線程池置為 SHUTDOWN

線程池狀態(tài)流轉(zhuǎn)如下。調(diào)用 shutdown() 方法會(huì)把線程池的狀態(tài)置為 SHUTDOWN,后續(xù)再往線程池提交任務(wù)就會(huì)被拒絕(execute() 方法中做了判斷)。

3.2 第二步:interruptIdleWorkers() 把空閑的工作線程置為中斷

interruptIdleWorkers() 方法遍歷所有的工作線程,如果 tryLock() 成功,就把線程置為中斷。

這里,如果 tryLock() 成功,說明對(duì)應(yīng)的 woker 是一個(gè)空閑的,沒有在執(zhí)行任務(wù)的線程,如果沒成功,說明對(duì)應(yīng)的 worker 正在執(zhí)行任務(wù)。也就是說,這里的中斷,對(duì)正在執(zhí)行中的任務(wù)并沒有影響。

private void interruptIdleWorkers(boolean onlyOne) {
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    mainLock.lock();
    try {
        for (Worker w : workers) {
            Thread t = w.thread;
            if (!t.isInterrupted() && w.tryLock()) {
                try {
                    t.interrupt();
                } catch (SecurityException ignore) {
                } finally {
                    w.unlock();
                }
            }
            if (onlyOne)
                break;
        }
    } finally {
        mainLock.unlock();
    }
}

3.3 第三步:onShutdown() 一個(gè)空實(shí)現(xiàn),暫不用關(guān)注

這個(gè)沒啥,就是個(gè)留空的方法。

3.4 總結(jié)

shutdown() 方法干兩件事:

  1. 把線程池狀態(tài)置為 SHUTDOWN 狀態(tài)
  2. 中斷空閑線程

我們來看個(gè)例子,加深下印象。

public static void test01() throws InterruptedException {

    // corePoolSize 是 2,maximumPoolSize 是 2
    ThreadPoolExecutor es = new ThreadPoolExecutor(2, 2,
            60L, TimeUnit.SECONDS,
            new LinkedBlockingQueue<>());
    es.prestartAllCoreThreads(); // 啟動(dòng)所有 worker
    es.execute(new Task()); // Task是一個(gè)訪問某網(wǎng)站的 HTTP 請(qǐng)求,跑的慢,后面會(huì)貼出來完整代碼,這里把他當(dāng)做一個(gè)跑的慢的異步任務(wù)就行
    es.shutdown();
    es.execute(new Task()); // 在線程池 shutdown() 后 繼續(xù)添加任務(wù),這里預(yù)期是拋出異常
}

這個(gè)例子我們主要觀察兩個(gè)現(xiàn)象。

一個(gè)是線程池會(huì)有兩個(gè)woker( prestartAllCoreThreads() 方法的調(diào)用使得已啟動(dòng)就有兩個(gè) worker),其中一個(gè)正在執(zhí)行,一個(gè)處于空閑。 所以當(dāng)調(diào)用shutdown() 方法,走進(jìn) interruptIdleWorkers() 的時(shí)候,只有那個(gè)空閑的線程會(huì)調(diào)用 t.interrupt()

第二個(gè)是調(diào)用 shutdown() 方法后,再調(diào)用 execute() 時(shí),會(huì)拋出異常,因?yàn)榫€程池的狀態(tài)已經(jīng)置為 SHUTDOWN,不再接受新的任務(wù)添加進(jìn)來。

4 線程池的關(guān)閉 shutdownNow 方式

/**
 * Attempts to stop all actively executing tasks, halts the
 * processing of waiting tasks, and returns a list of the tasks
 * that were awaiting execution. These tasks are drained (removed)
 * from the task queue upon return from this method.
 *
 * <p>This method does not wait for actively executing tasks to
 * terminate.  Use {@link #awaitTermination awaitTermination} to
 * do that.
 *
 * <p>There are no guarantees beyond best-effort attempts to stop
 * processing actively executing tasks.  This implementation
 * cancels tasks via {@link Thread#interrupt}, so any task that
 * fails to respond to interrupts may never terminate.
 *
 * @throws SecurityException {@inheritDoc}
 */
public List<Runnable> shutdownNow() {
    List<Runnable> tasks;
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    mainLock.lock();
    try {
        checkShutdownAccess();
        advanceRunState(STOP); // 1:把線程池設(shè)置為STOP
        interruptWorkers(); // 2.中斷工作線程
        tasks = drainQueue(); // 3.把線程池中的任務(wù)都 drain 出來
    } finally {
        mainLock.unlock();
    }
    tryTerminate();
    return tasks;
}

注釋的意思是:

嘗試停止所有正在執(zhí)行的任務(wù),暫停正在等待的任務(wù)的處理,并返回等待執(zhí)行的任務(wù)列表。從該方法返回時(shí),這些任務(wù)將從任務(wù)隊(duì)列中清空(移除)。

此方法不等待活動(dòng)執(zhí)行的任務(wù)終止。如果需要,可使用 awaitTermination() 做到這一點(diǎn)。

除了盡最大努力嘗試停止處理主動(dòng)執(zhí)行的任務(wù)之外,沒有其他保證。

此實(shí)現(xiàn)通過 Thread.Interrupt() 取消任務(wù),因此任何無法響應(yīng)中斷的任務(wù)都可能永遠(yuǎn)不會(huì)終止。

4.1 第一步:advanceRunState() 把線程池設(shè)置為STOP

和 shutdown() 方法不同的是,shutdownNow() 方法會(huì)把線程池的狀態(tài)設(shè)置為 STOP。

4.2 第二步:interruptWorkers() 中斷工作線程

interruptWorkers() 如下,可以看到,和 shutdown() 方法不同的是,所有的工作線程都調(diào)用了 interrupt() 方法

/**
 * Interrupts all threads, even if active. Ignores SecurityExceptions
 * (in which case some threads may remain uninterrupted).
 */
private void interruptWorkers() {
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    mainLock.lock();
    try {
        for (Worker w : workers)
            w.interruptIfStarted();
    } finally {
        mainLock.unlock();
    }
}

4.3 第三步:drainQueue() 把線程池中的任務(wù)都 drain 出來

drainQueue() 方法如下,把阻塞隊(duì)列里面等待的任務(wù)都拿出來,并返回。關(guān)閉線程池的時(shí)候,可以基于這個(gè)特性,把返回的任務(wù)都打印出來,做個(gè)記錄。

/**
 * Drains the task queue into a new list, normally using
 * drainTo. But if the queue is a DelayQueue or any other kind of
 * queue for which poll or drainTo may fail to remove some
 * elements, it deletes them one by one.
 */
private List<Runnable> drainQueue() {
    BlockingQueue<Runnable> q = workQueue;
    ArrayList<Runnable> taskList = new ArrayList<Runnable>();
    q.drainTo(taskList);
    if (!q.isEmpty()) {
        for (Runnable r : q.toArray(new Runnable[0])) {
            if (q.remove(r))
                taskList.add(r);
        }
    }
    return taskList;
}

4.4 總結(jié)

shutdownNow() 方法干三件事:

  1. 把線程池狀態(tài)置為 STOP 狀態(tài)
  2. 中斷工作線程
  3. 把線程池中的任務(wù)都 drain 出來并返回

我們來看個(gè)例子,代碼合剛才的一樣,只是關(guān)閉線程用的是shutdownNow()

public static void test01() throws InterruptedException {

    // corePoolSize 是 1,maximumPoolSize 是 1,無限容量
    ThreadPoolExecutor es = new ThreadPoolExecutor(1, 1,
            60L, TimeUnit.SECONDS,
            new LinkedBlockingQueue<>());
    es.prestartAllCoreThreads(); // 啟動(dòng)所有 worker
    es.execute(new Task()); // Task是一個(gè)訪問某網(wǎng)站的 HTTP 請(qǐng)求,跑的慢,后面會(huì)貼出來完整代碼,這里把他當(dāng)做一個(gè)跑的慢的異步任務(wù)就行
    es.execute(new Task());
    List<Runnable> result = es.shutdownNow();
    System.out.println(result);
    es.execute(new Task()); // 在線程池 shutdownNow() 后 繼續(xù)添加任務(wù),這里預(yù)期是拋出異常
}

這個(gè)例子我們主要觀察三個(gè)現(xiàn)象。 一個(gè)是線程池有兩個(gè)woker,所以當(dāng)調(diào)用shutdownNow() 方法,走進(jìn) interruptWorkers() 的時(shí)候,所有的 woker 都會(huì)調(diào)用 t.interrupt()

第二個(gè)是 shutdownNow() 方法會(huì)返回還沒來得及執(zhí)行的task,并打印出來。

第三個(gè)是調(diào)用 shutdownNow() 方法后,再調(diào)用 execute() 時(shí),會(huì)拋出異常,因?yàn)榫€程池的狀態(tài)已經(jīng)置為 STOP,不再接受新的任務(wù)添加

5 實(shí)戰(zhàn),與 JVM 鉤子配合

實(shí)際工作中,我們一般是使用 shutdown() 方法,因?yàn)樗容^“溫和”,會(huì)等待我們把線程池中的任務(wù)都執(zhí)行完,這里也已 shutdown() 方法為例。

我們回到最開頭聊到的那個(gè) case,機(jī)器重新發(fā)布,但是線程池中還有沒執(zhí)行完任務(wù),機(jī)器一關(guān),這些任務(wù)全部被kill,怎么辦呢?有什么機(jī)制能夠阻塞一下,等待這個(gè)任務(wù)執(zhí)行完再關(guān)閉嗎?

有的,用 JVM 的鉤子!(深入了解 JVM 鉤子可以再看看這篇博文:掃盲 JVM 安全退出機(jī)制:shutdownHook,signalHandler[1]

實(shí)例代碼如下,一個(gè)線程池,提交了三個(gè)任務(wù)去執(zhí)行,執(zhí)行完得半分鐘。然后增加一個(gè)JVM的鉤子,這個(gè)鉤子可以簡(jiǎn)單理解為監(jiān)聽器,注冊(cè)后,JVM在關(guān)閉的時(shí)候就會(huì)調(diào)用這個(gè)方法,調(diào)用完才會(huì)正式關(guān)閉JVM。

public static void test01() throws InterruptedException {

    ThreadPoolExecutor es = new ThreadPoolExecutor(1, 1,
            60L, TimeUnit.SECONDS,
            new LinkedBlockingQueue<>());

    es.execute(new Task());
    es.execute(new Task());
    es.execute(new Task());


    Thread shutdownHook = new Thread(() -> {
        es.shutdown();
        try {
            es.awaitTermination(3, TimeUnit.MINUTES);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("等待超時(shí),直接關(guān)閉");
        }
    });
    Runtime.getRuntime().addShutdownHook(shutdownHook);
}

在機(jī)器上執(zhí)行,會(huì)發(fā)現(xiàn),我使用 ctrl + c (注意不是ctrl + z )關(guān)閉進(jìn)程,會(huì)發(fā)現(xiàn)進(jìn)程并沒有直接關(guān)閉,線程池任然執(zhí)行,一直等到線程池的任務(wù)執(zhí)行完,進(jìn)程才會(huì)正式退出。

怎么樣,是不是很神奇。

本文中涉及的 Task 的源碼如下。這個(gè)任務(wù)是對(duì) stackoverflow 網(wǎng)站發(fā)起 10 次請(qǐng)求,用來模擬跑的比較慢的任務(wù),當(dāng)然這不是重點(diǎn),可以忽略,有興趣動(dòng)手試一下本文代碼的同學(xué)可以參考下。

public static class Task implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("task start");
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                httpGet();
                System.out.println("task execute " + i);
            }
            System.out.println("task finish");
        }

        private void httpGet() {

            String url = "https://stackoverflow.com/";
            String result = "";
            BufferedReader in = null;
            try {
                String urlName = url;
                URL realUrl = new URL(urlName);
                // 打開和URL之間的連接
                URLConnection conn = realUrl.openConnection();
                // 設(shè)置通用的請(qǐng)求屬性
                conn.setRequestProperty("accept", "*/*");
                conn.setRequestProperty("connection", "Keep-Alive");
                conn.setRequestProperty("user-agent",
                        "Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0; Windows NT 5.1; SV1)");
                // 建立實(shí)際的連接
                conn.connect();
                // 獲取所有響應(yīng)頭字段
                Map<String, List<String>> map = conn.getHeaderFields();
//                 遍歷所有的響應(yīng)頭字段
//                for (String key : map.keySet()) {
//                    System.out.println(key + "--->" + map.get(key));
//                }
                // 定義BufferedReader輸入流來讀取URL的響應(yīng)
                in = new BufferedReader(
                        new InputStreamReader(conn.getInputStream()));
                String line;
                while ((line = in.readLine()) != null) {
                    result += "/n" + line;
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            // 使用finally塊來關(guān)閉輸入流
            finally {
                try {
                    if (in != null) {
                        in.close();
                    }
                } catch (Exception ex) {
                    ex.printStackTrace();
                }
            }
//            System.out.print(result);
        }
    }

6 總結(jié)

想要優(yōu)雅的關(guān)閉線程池,首先要理解線程中斷的含義。

其次,關(guān)閉線程池有兩種方式:shutdown()  shutdownNow(),二者最大的區(qū)別是 shutdown() 只是把空閑的 woker 置為中斷,不影響正在運(yùn)行的woker,并且會(huì)繼續(xù)把待執(zhí)行的任務(wù)給處理完。shutdonwNow() 則是把所有的 woker 都置為中斷,待執(zhí)行的任務(wù)全部抽出并返回,日常工作中更多是使用 shutdown()

最后,單純的使用 shutdown() 也不靠譜,還得使用 awaitTermination() 和 JVM 的鉤子,才算優(yōu)雅的關(guān)閉線程池。

責(zé)任編輯:張燕妮 來源: 互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)小馬哥
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JavaLinux代碼

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