深入理解高并发编程 - 解析线程池退出

阳光穿透心脏的1/2处 2023-10-14 21:16 60阅读 0赞

线程池的退出是指在不再需要使用线程池时，正确地关闭和终止线程池中的线程，释放相关资源，以防止资源泄漏和不必要的开销。线程池的正确退出可以避免一些潜在的问题，如线程泄漏或应用程序无法正常终止等。

## 退出线程池的步骤 ##

以下是如何正确退出线程池的步骤：

调用 shutdown 方法： 首先，调用线程池的 shutdown 方法来开始线程池的关闭过程。这会让线程池不再接受新的任务，但会继续处理已提交的任务。

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
    // ... 其他任务提交操作 ...
    executorService.shutdown();

等待任务完成： 在调用 shutdown 后，可以通过 awaitTermination 方法来等待线程池中的任务完成。这个方法会阻塞当前线程，直到所有任务都完成或超过指定的时间。

try {
        if (!executorService.awaitTermination(timeout, TimeUnit.SECONDS)) {
            // 超时后仍有任务未完成，可以选择进一步处理
            // 或通过 executorService.shutdownNow() 尝试强制终止任务
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        // 处理中断异常
    }

终止未完成的任务（可选）： 如果希望在等待一段时间后强制终止未完成的任务，可以调用 shutdownNow 方法。

List<Runnable> uncompletedTasks = executorService.shutdownNow();

释放资源： 在线程池的任务全部完成并且线程池已经关闭后，需要释放线程池占用的资源，如线程对象等。一般情况下，线程池的资源会在调用 shutdown 或 shutdownNow 方法后自动释放，但有些实现可能需要手动释放。

executorService = null; // 置为 null，协助垃圾回收

异常处理： 在上述步骤中，需要处理可能的异常，如线程池等待超时、任务中断等情况。  
注意，对于某些线程池实现，例如 ThreadPoolExecutor，可能需要在关闭线程池之前调用一些特定的方法来确保正确关闭，如 setContinueExistingPeriodicTasksAfterShutdownPolicy(false)。

## shutdown()方法 ##

shutdown() 方法是 ExecutorService 接口中定义的方法，用于开始线程池的优雅关闭过程。这个方法通知线程池停止接受新的任务，并在现有任务完成后关闭线程池。下面对 shutdown() 方法的源码进行深度解析。

首先，看一下 ExecutorService 接口中 shutdown() 方法的声明：

void shutdown();

接下来，深入分析 ThreadPoolExecutor 类（实现了 ExecutorService 接口）中的 shutdown() 方法的源码。以下是部分源码注释和解析：

public void shutdown() {
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            // 设置线程池的状态为 SHUTDOWN，不再接受新任务
            checkShutdownAccess();
            advanceRunState(SHUTDOWN);
            interruptIdleWorkers();
            onShutdown(); 
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        tryTerminate(); // 尝试终止线程池
    }

解析：

首先，获取线程池的主锁 mainLock，这是一个重要的锁，用于保护对线程池状态的修改。
    调用 checkShutdownAccess() 方法检查当前线程是否有权限关闭线程池，以确保只有具有权限的线程能够关闭线程池。
    调用 advanceRunState(SHUTDOWN) 方法将线程池的状态改为 SHUTDOWN，表示线程池不再接受新的任务。
    调用 interruptIdleWorkers() 方法中断空闲的工作线程。这是为了确保在关闭线程池时，处于等待状态的工作线程能够被唤醒并处理可能需要终止的任务。
    调用 onShutdown() 方法，这是一个钩子方法，可以由继承 ThreadPoolExecutor 的子类重写，用于在线程池关闭时执行一些特定的操作。
    最后，在 finally 块中释放主锁 mainLock。

接下来，看一下 tryTerminate() 方法的源码：

private void tryTerminate() {
        // ...
        if (checkTermination()) {
            return;
        }
        if (runStateAtLeast(ctl.get(), TIDYING)) {
            return;
        }
        // ...
    }

在 tryTerminate() 方法中，会先调用 checkTermination() 方法检查是否可以终止线程池，如果可以则返回。否则，会继续判断线程池的状态是否至少达到 TIDYING（线程池正在整理状态），如果达到则返回。

总结：  
shutdown() 方法的核心操作包括将线程池状态置为 SHUTDOWN，中断空闲线程，执行关闭钩子 onShutdown()，然后尝试终止线程池。这个方法的主要目标是准备线程池的关闭过程，确保线程池停止接受新的任务，并尽可能地优雅地处理已提交的任务。实际的线程终止和资源释放会在 tryTerminate() 方法以及后续的关闭操作中进行。

## shutdownNow()方法 ##

shutdownNow() 方法用于尝试立即停止线程池的所有任务并关闭线程池。这个方法会尝试终止所有线程，不管任务是否已经完成。

首先，看一下 ExecutorService 接口中 shutdownNow() 方法的声明：

List<Runnable> shutdownNow();

接下来，来深入分析 ThreadPoolExecutor 类（实现了 ExecutorService 接口）中的 shutdownNow() 方法的源码。以下是部分源码注释和解析：

public List<Runnable> shutdownNow() {
        List<Runnable> tasks;
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            // 设置线程池的状态为 STOP，不再接受新任务，中断所有工作线程
            checkShutdownAccess();
            advanceRunState(STOP);
            interruptWorkers();
            // 将等待队列中的任务转移到一个新的 List 中
            tasks = drainQueue();
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        tryTerminate(); // 尝试终止线程池
        return tasks;
    }

解析：

类似于 shutdown() 方法，首先获取线程池的主锁 mainLock，这是一个重要的锁，用于保护对线程池状态的修改。
    调用 checkShutdownAccess() 方法检查当前线程是否有权限关闭线程池。
    调用 advanceRunState(STOP) 方法将线程池的状态改为 STOP，表示线程池不再接受新的任务。
    调用 interruptWorkers() 方法中断所有工作线程。与 shutdown() 方法中的 interruptIdleWorkers() 不同，这里中断所有线程，无论它们是否处于空闲状态。
    调用 drainQueue() 方法将等待队列中的任务转移到一个新的 List 中，以备后续返回。
    在 finally 块中释放主锁 mainLock。

接下来，看一下 tryTerminate() 方法的源码：

在 tryTerminate() 方法中，与 shutdown() 方法类似，会调用 checkTermination() 方法检查是否可以终止线程池，如果可以则返回。否则，会继续判断线程池的状态是否至少达到 TIDYING（线程池正在整理状态），如果达到则返回。

总结：  
shutdownNow() 方法的核心操作包括将线程池状态置为 STOP，中断所有工作线程，将等待队列中的任务转移到一个新的列表中，然后尝试终止线程池。这个方法的目标是立即停止线程池的任务并尽可能地中断工作线程。实际的线程终止和资源释放会在 tryTerminate() 方法以及后续的关闭操作中进行。