【高並發】從源碼角度深度解析線程池是如何實現優雅退出的
大家好，我是冰河~~
在【高並發專題】中，我們從源碼角度深度分析了線程池中那些重要的接口和抽象類、深度解析了線程池是如何創建的，ThreadPoolExecutor類有哪些屬性和內部類，以及它們對線程池的重要作用。深度分析了線程池的整體核心流程，以及如何拆解Worker線程的執行代碼，深度解析Worker線程的執行流程。
本文，我們就來從源碼角度深度解析線程池是如何優雅的退出程序的。首先，我們來看下ThreadPoolExecutor類中的shutdown()方法。
shutdown()方法
當使用線程池的時候，調用了shutdown()方法後，線程池就不會再接受新的執行任務了。但是在調用shutdown()方法之前放入任務隊列中的任務還是要執行的。此方法是非阻塞方法，調用後會立即返回，並不會等待任務隊列中的任務全部執行完畢後再返回。我們看下shutdown()方法的源代碼，如下所示。
public void shutdown() {
//獲取線程池的全局鎖
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
//檢查是否有關閉線程池的權限
checkShutdownAccess();
//將當前線程池的狀態設置為SHUTDOWN
advanceRunState(SHUTDOWN);
//中斷Worker線程
interruptIdleWorkers();
//為ScheduledThreadPoolExecutor調用鉤子函數
onShutdown(); // hook for
} finally {
//釋放線程池的全局鎖
mainLock.unlock();
}
//嘗試將狀態變為TERMINATED
tryTerminate();
}
總體來說，shutdown()方法的代碼比較簡單，首先檢查了是否有權限來關閉線程池，如果有權限，則再次檢測是否有中斷工作線程的權限，如果沒有權限，則會拋出SecurityException異常，代碼如下所示。
//檢查是否有關閉線程池的權限
checkShutdownAccess();
//將當前線程池的狀態設置為SHUTDOWN
advanceRunState(SHUTDOWN);
//中斷Worker線程
interruptIdleWorkers();
其中，checkShutdownAccess()方法的實現代碼如下所示。
private void checkShutdownAccess() {
SecurityManager security = System.getSecurityManager();
if (security != null) {
security.checkPermission(shutdownPerm);
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
for (Worker w : workers)
security.checkAccess(w.thread);
} finally {
mainLock.unlock();
}
}
}
對於checkShutdownAccess()方法的代碼理解起來比較簡單，就是檢測是否具有關閉線程池的權限，期間使用了線程池的全局鎖。
接下來，我們看advanceRunState(int)方法的源代碼，如下所示。
private void advanceRunState(int targetState) {
for (;;) {
int c = ctl.get();
if (runStateAtLeast(c, targetState) ||
ctl.compareAndSet(c, ctlOf(targetState, workerCountOf(c))))
break;
}
}
advanceRunState(int)方法的整體邏輯就是：判斷當前線程池的狀態是否為指定的狀態，在shutdown()方法中傳遞的狀態是SHUTDOWN，如果是SHUTDOWN，則直接返回；如果不是SHUTDOWN，則將當前線程池的狀態設置為SHUTDOWN。
接下來，我們看看showdown()方法調用的interruptIdleWorkers()方法，如下所示。
private void interruptIdleWorkers() {
interruptIdleWorkers(false);
}
可以看到，interruptIdleWorkers()方法調用的是interruptIdleWorkers(boolean)方法，繼續看interruptIdleWorkers(boolean)方法的源代碼，如下所示。
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();
}
}
上述代碼的總體邏輯為：獲取線程池的全局鎖，循環所有的工作線程，檢測線程是否被中斷，如果沒有被中斷，並且Worker線程獲得了鎖，則執行線程的中斷方法，並釋放線程獲取到的鎖。此時如果onlyOne參數為true，則退出循環。否則，循環所有的工作線程，執行相同的操作。最終，釋放線程池的全局鎖。
接下來，我們看下shutdownNow()方法。
shutdownNow()方法
如果調用了線程池的shutdownNow()方法，則線程池不會再接受新的執行任務，也會將任務隊列中存在的任務丟棄，正在執行的Worker線程也會被立即中斷，同時，方法會立刻返回，此方法存在一個返回值，也就是當前任務隊列中被丟棄的任務列表。
shutdownNow()方法的源代碼如下所示。
public List<Runnable> shutdownNow() {
List<Runnable> tasks;
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
//檢查是否有關閉權限
checkShutdownAccess();
//設置線程池的狀態為STOP
advanceRunState(STOP);
//中斷所有的Worker線程
interruptWorkers();
//將任務隊列中的任務移動到tasks集合中
tasks = drainQueue();
} finally {
mainLock.unlock();
}
/嘗試將狀態變為TERMINATED
tryTerminate();
//返回tasks集合
return tasks;
}
shutdownNow()方法的源代碼的總體邏輯與shutdown()方法基本相同，只是shutdownNow()方法將線程池的狀態設置為STOP，中斷所有的Worker線程，並且將任務隊列中的所有任務移動到tasks集合中並返回。
可以看到，shutdownNow()方法中斷所有的線程時，調用了interruptWorkers()方法，接下來，我們就看下interruptWorkers()方法的源代碼，如下所示。
private void interruptWorkers() {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
for (Worker w : workers)
w.interruptIfStarted();
} finally {
mainLock.unlock();
}
}
interruptWorkers()方法的邏輯比較簡單，就是獲得線程池的全局鎖，循環所有的工作線程，依次中斷線程，最後釋放線程池的全局鎖。
在interruptWorkers()方法的內部，實際上調用的是Worker類的interruptIfStarted()方法來中斷線程，我們看下Worker類的interruptIfStarted()方法的源代碼，如下所示。
void interruptIfStarted() {
Thread t;
if (getState() >= 0 && (t = thread) != null && !t.isInterrupted()) {
try {
t.interrupt();
} catch (SecurityException ignore) {
}
}
}
發現其本質上調用的還是Thread類的interrupt()方法來中斷線程。
awaitTermination(long, TimeUnit)方法
當線程池調用了awaitTermination(long, TimeUnit)方法後，會阻塞調用者所在的線程，直到線程池的狀態修改為TERMINATED才返回，或者達到了超時時間返回。接下來，我們看下awaitTermination(long, TimeUnit)方法的源代碼，如下所示。
public boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
//獲取距離超時時間剩餘的時長
long nanos = unit.toNanos(timeout);
//獲取Worker線程的的全局鎖
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
//加鎖
mainLock.lock();
try {
for (;;) {
//當前線程池狀態為TERMINATED狀態，會返回true
if (runStateAtLeast(ctl.get(), TERMINATED))
return true;
//達到超時時間，已超時，則返回false
if (nanos <= 0)
return false;
//重置距離超時時間的剩餘時長
nanos = termination.awaitNanos(nanos);
}
} finally {
//釋放鎖
mainLock.unlock();
}
}
上述代碼的總體邏輯為：首先獲取Worker線程的獨佔鎖，後在循環判斷當前線程池是否已經是TERMINATED狀態，如果是則直接返回true，否則檢測是否已經超時，如果已經超時，則返回false。如果未超時，則重置距離超時時間的剩餘時長。接下來，進入下一輪循環，再次檢測當前線程池是否已經是TERMINATED狀態，如果是則直接返回true，否則檢測是否已經超時，如果已經超時，則返回false。如果未超時，則重置距離超時時間的剩餘時長。以此循環，直到線程池的狀態變為TERMINATED或者已經超時。
好了，今天就到這兒吧，我是冰河，我們下期見~~
