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【Java】如何优雅的关闭线程池

2023-09-21 10:25

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背景

前几天在和同事聊一个需求,说是有个数据查询的功能,因为涉及到多个第三方接口调用,想用线程池并行来做。

很正常的一个方案,但是上线后发现,每次服务发布的时候,这个数据查询的功能就会挂掉,后来发现是线程池没有做好关闭,这里总结一下。

关键字:线程池、shutdown、shutdownNow、interrupt

一、线程中断 interrupt

先补一补基础的知识:线程中断。
线程中断的含义,并不是强制把运行中的线程给“咔嚓”中断,而是把线程的中断标志位置为true,这样等线程之后阻塞(wait、join、sleep)的时候,就会抛出 InterruptedException,程序通过捕获 InterruptedException 来做一定的善后处理,然后让线程退出。

来看个例子,下面这段代码是起一个线程,打印一百行文本,打印过程中,会把线程的中断标志位置为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();}

看看控制台的输出,发现在打印到 57 的时候,中断标志位已经成功置为true了,但是线程任然在打印,说明只是设置了中断标志位,而不是直接粗暴的把线程中断。

...process i=55,interrupted:falseprocess i=56,interrupted:falseprocess i=57,interrupted:trueprocess i=58,interrupted:trueprocess i=59,interrupted:true...

再看看这个示例,同样是打印一百行文本,打印过程中会判断中断标志位,如果中断就自行退出。

public static void test02() throws InterruptedException {    Thread t = new Thread(() -> {    for (int i = 0; i < 100; i++) {        if (Thread.interrupted()) {            System.out.println("线程已中断,退出执行");            break;        }        System.out.println("process i=" + i + ",interrupted:" + Thread.currentThread().isInterrupted());    }    });    t.start();    Thread.sleep(1);    t.interrupt();}

控制台输出如下,:

process i=49,interrupted:falseprocess i=50,interrupted:falseprocess i=51,interrupted:false

线程已中断,退出执行

二、线程池的关闭 shutdown 方法

了解完线程中断,再来看看线程池的关闭方法。

关闭线程池有两个方法 shutdown() 和 shutdownNow(),具体有什么区别?我们先来看看 shutdown() 方法

     public void shutdown() {        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;        mainLock.lock();        try {            checkShutdownAccess();            advanceRunState(SHUTDOWN); // 1. 把线程池的状态设置为 SHUTDOWN            interruptIdleWorkers(); // 2. 把空闲的工作线程置为中断            onShutdown(); // 3. 一个空实现,暂不用关注        } finally {            mainLock.unlock();        }        tryTerminate();    }

看源码先看注释,翻译下:

启动有序关闭会执行以前提交的任务,但不接受任何新任务。
如果已经关闭,则调用不会产生额外的影响。
此方法不等待活动执行的任务终止。如果需要,可使用 awaitTermination() 做到这一点。

2.1、第一步:advanceRunState(SHUTDOWN) 把线程池置为 SHUTDOWN

线程池状态流转如下。调用 shutdown() 方法会把线程池的状态置为 SHUTDOWN,后续再往线程池提交任务就会被拒绝(execute() 方法中做了判断)。

在这里插入图片描述

2.2、第二步:interruptIdleWorkers() 把空闲的工作线程置为中断

interruptIdleWorkers() 方法遍历所有的工作线程,如果 tryLock() 成功,就把线程置为中断。
这里,如果 tryLock() 成功,说明对应的 woker 是一个空闲的,没有在执行任务的线程,如果没成功,说明对应的 worker 正在执行任务。也就是说,这里的中断,对正在执行中的任务并没有影响。

 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();        }    }

2.3、 第三步:onShutdown() 一个空实现,暂不用关注

这个没啥,就是个留空的方法。
在这里插入图片描述

2.4、 小结

shutdown() 方法干两件事:

我们来看个例子,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(); // 启动所有 worker        es.execute(new Task()); // Task是一个访问某网站的 HTTP 请求,跑的慢,后面会贴出来完整代码,这里把他当做一个跑的慢的异步任务就行        es.shutdown();        es.execute(new Task()); // 在线程池 shutdown() 后 继续添加任务,这里预期是抛出异常    }

这个例子我们主要观察两个现象。

三、线程池的关闭 shutdownNow 方式

     public List<Runnable> shutdownNow() {        List<Runnable> tasks;        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;        mainLock.lock();        try {            checkShutdownAccess();            advanceRunState(STOP); // 1:把线程池设置为STOP            interruptWorkers(); // 2.中断工作线程            tasks = drainQueue(); // 3.把线程池中的任务都 drain 出来        } finally {            mainLock.unlock();        }        tryTerminate();        return tasks;    }

注释的意思是:

尝试停止所有正在执行的任务,暂停正在等待的任务的处理,并返回等待执行的任务列表。从该方法返回时,这些任务将从任务队列中清空(移除)。
此方法不等待活动执行的任务终止。如果需要,可使用 awaitTermination() 做到这一点。
除了尽最大努力尝试停止处理主动执行的任务之外,没有其他保证。
此实现通过 Thread.Interrupt() 取消任务,因此任何无法响应中断的任务都可能永远不会终止。

3.1、第一步:advanceRunState() 把线程池设置为STOP

和 shutdown() 方法不同的是,shutdownNow() 方法会把线程池的状态设置为 STOP。

3.2、 第二步:interruptWorkers() 中断工作线程

interruptWorkers() 如下,可以看到,和 shutdown() 方法不同的是,所有的工作线程都调用了 interrupt() 方法

      private void interruptWorkers() {        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;        mainLock.lock();        try {            for (Worker w : workers)                w.interruptIfStarted();        } finally {            mainLock.unlock();        }    }

3.3、第三步:drainQueue() 把线程池中的任务都 drain 出来

drainQueue() 方法如下,把阻塞队列里面等待的任务都拿出来,并返回。关闭线程池的时候,可以基于这个特性,把返回的任务都打印出来,做个记录。

      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;    }

3.4、小结

shutdownNow() 方法干三件事:

我们来看个例子,代码合刚才的一样,只是关闭线程用的是shutdownNow()

public static void test01() throws InterruptedException {        // corePoolSize 是 1,maximumPoolSize 是 1,无限容量        ThreadPoolExecutor es = new ThreadPoolExecutor(1, 1,                60L, TimeUnit.SECONDS,                new LinkedBlockingQueue<>());        es.prestartAllCoreThreads(); // 启动所有 worker        es.execute(new Task()); // Task是一个访问某网站的 HTTP 请求,跑的慢,后面会贴出来完整代码,这里把他当做一个跑的慢的异步任务就行        es.execute(new Task());        List<Runnable> result = es.shutdownNow();        System.out.println(result);        es.execute(new Task()); // 在线程池 shutdownNow() 后 继续添加任务,这里预期是抛出异常    }

这个例子我们主要观察三个现象。
一个是线程池有两个woker,所以当调用shutdownNow() 方法,走进 interruptWorkers() 的时候,所有的 woker 都会调用 t.interrupt()。
在这里插入图片描述

第二个是 shutdownNow() 方法会返回还没来得及执行的task,并打印出来。
第三个是调用 shutdownNow() 方法后,再调用 execute() 时,会抛出异常,因为线程池的状态已经置为 STOP,不再接受新的任务添加
在这里插入图片描述

四、实战,与 JVM 钩子配合

实际工作中,我们一般是使用 shutdown() 方法,因为它比较“温和”,会等待我们把线程池中的任务都执行完,这里也已 shutdown() 方法为例。

我们回到最开头聊到的那个 case,机器重新发布,但是线程池中还有没执行完任务,机器一关,这些任务全部被kill,怎么办呢?有什么机制能够阻塞一下,等待这个任务执行完再关闭吗?

有的,用 JVM 的钩子!

实例代码如下,一个线程池,提交了三个任务去执行,执行完得半分钟。然后增加一个JVM的钩子,这个钩子可以简单理解为监听器,注册后,JVM在关闭的时候就会调用这个方法,调用完才会正式关闭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("等待超时,直接关闭");            }        });        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(shutdownHook);    }

在机器上执行,会发现,我使用 ctrl + c (注意不是ctrl + z )关闭进程,会发现进程并没有直接关闭,线程池任然执行,一直等到线程池的任务执行完,进程才会正式退出。
在这里插入图片描述

怎么样,是不是很神奇。
本文中涉及的 Task 的源码如下。这个任务是对 stackoverflow 网站发起 10 次请求,用来模拟跑的比较慢的任务,当然这不是重点,可以忽略,有兴趣动手试一下本文代码的同学可以参考下。

 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);                // 打开和URL之间的连接                URLConnection conn = realUrl.openConnection();                // 设置通用的请求属性                conn.setRequestProperty("accept", "*/*");                conn.setRequestProperty("connection", "Keep-Alive");                conn.setRequestProperty("user-agent",                        "Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0; Windows NT 5.1; SV1)");                // 建立实际的连接                conn.connect();                // 获取所有响应头字段                Map<String, List<String>> map = conn.getHeaderFields();//                 遍历所有的响应头字段//                for (String key : map.keySet()) {//                    System.out.println(key + "--->" + map.get(key));//                }                // 定义BufferedReader输入流来读取URL的响应                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块来关闭输入流            finally {                try {                    if (in != null) {                        in.close();                    }                } catch (Exception ex) {                    ex.printStackTrace();                }            }//            System.out.print(result);        }    }

五、总结

想要优雅的关闭线程池,首先要理解线程中断的含义。
其次,关闭线程池有两种方式:shutdown() 和 shutdownNow(),二者最大的区别是 shutdown() 只是把空闲的 woker 置为中断,不影响正在运行的woker,并且会继续把待执行的任务给处理完。shutdonwNow() 则是把所有的 woker 都置为中断,待执行的任务全部抽出并返回,日常工作中更多是使用 shutdown()。
最后,单纯的使用 shutdown() 也不靠谱,还得使用 awaitTermination() 和 JVM 的钩子,才算优雅的关闭线程池。

来源地址:https://blog.csdn.net/u011397981/article/details/131325310

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