【高并发】从源码角度深度解析线程池是如何实现优雅退出的

大家好，我是冰河~~

在【高并发专题】中，我们从源码角度深度分析了线程池中那些重要的接口和抽象类、深度解析了线程池是如何创建的，ThreadPoolExecutor类有哪些属性和内部类，以及它们对线程池的重要作用。深度分析了线程池的整体核心流程，以及如何拆解Worker线程的执行代码，深度解析Worker线程的执行流程。

本文，我们就来从源码角度深度解析线程池是如何优雅的退出程序的。首先，我们来看下ThreadPoolExecutor类中的shutdown()方法。

shutdown()方法

当使用线程池的时候，调用了shutdown()方法后，线程池就不会再接受新的执行任务了。但是在调用shutdown()方法之前放入任务队列中的任务还是要执行的。此方法是非阻塞方法，调用后会立即返回，并不会等待任务队列中的任务全部执行完毕后再返回。我们看下shutdown()方法的源代码，如下所示。

public void shutdown() {
	//获取线程池的全局锁
	final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
	mainLock.lock();
	try {
		//检查是否有关闭线程池的权限
		checkShutdownAccess();
		//将当前线程池的状态设置为SHUTDOWN
		advanceRunState(SHUTDOWN);
		//中断Worker线程
		interruptIdleWorkers();
		//为ScheduledThreadPoolExecutor调用钩子函数
		onShutdown(); // hook for 
	} finally {
		//释放线程池的全局锁
		mainLock.unlock();
	}
	//尝试将状态变为TERMINATED
	tryTerminate();
}

总体来说，shutdown()方法的代码比较简单，首先检查了是否有权限来关闭线程池，如果有权限，则再次检测是否有中断工作线程的权限，如果没有权限，则会抛出SecurityException异常，代码如下所示。

//检查是否有关闭线程池的权限
checkShutdownAccess();
//将当前线程池的状态设置为SHUTDOWN
advanceRunState(SHUTDOWN);
//中断Worker线程
interruptIdleWorkers();

其中，checkShutdownAccess()方法的实现代码如下所示。

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();
		}
	}
}

对于checkShutdownAccess()方法的代码理解起来比较简单，就是检测是否具有关闭线程池的权限，期间使用了线程池的全局锁。

接下来，我们看advanceRunState(int)方法的源代码，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)方法的整体逻辑就是：判断当前线程池的状态是否为指定的状态，在shutdown()方法中传递的状态是SHUTDOWN，如果是SHUTDOWN，则直接返回；如果不是SHUTDOWN，则将当前线程池的状态设置为SHUTDOWN。

接下来，我们看看showdown()方法调用的interruptIdleWorkers()方法，如下所示。

private void interruptIdleWorkers() {
	interruptIdleWorkers(false);
}

可以看到，interruptIdleWorkers()方法调用的是interruptIdleWorkers(boolean)方法，继续看interruptIdleWorkers(boolean)方法的源代码，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();
	}
}

上述代码的总体逻辑为：获取线程池的全局锁，循环所有的工作线程，检测线程是否被中断，如果没有被中断，并且Worker线程获得了锁，则执行线程的中断方法，并释放线程获取到的锁。此时如果onlyOne参数为true，则退出循环。否则，循环所有的工作线程，执行相同的操作。最终，释放线程池的全局锁。

接下来，我们看下shutdownNow()方法。

shutdownNow()方法

如果调用了线程池的shutdownNow()方法，则线程池不会再接受新的执行任务，也会将任务队列中存在的任务丢弃，正在执行的Worker线程也会被立即中断，同时，方法会立刻返回，此方法存在一个返回值，也就是当前任务队列中被丢弃的任务列表。

shutdownNow()方法的源代码如下所示。

public List<Runnable> shutdownNow() {
	List<Runnable> tasks;
	final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
	mainLock.lock();
	try {
		//检查是否有关闭权限
		checkShutdownAccess();
		//设置线程池的状态为STOP
		advanceRunState(STOP);
		//中断所有的Worker线程
		interruptWorkers();
		//将任务队列中的任务移动到tasks集合中
		tasks = drainQueue();
	} finally {
		mainLock.unlock();
	}
	/尝试将状态变为TERMINATED
	tryTerminate();
	//返回tasks集合
	return tasks;
}

shutdownNow()方法的源代码的总体逻辑与shutdown()方法基本相同，只是shutdownNow()方法将线程池的状态设置为STOP，中断所有的Worker线程，并且将任务队列中的所有任务移动到tasks集合中并返回。

可以看到，shutdownNow()方法中断所有的线程时，调用了interruptWorkers()方法，接下来，我们就看下interruptWorkers()方法的源代码，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()方法的逻辑比较简单，就是获得线程池的全局锁，循环所有的工作线程，依次中断线程，最后释放线程池的全局锁。

在interruptWorkers()方法的内部，实际上调用的是Worker类的interruptIfStarted()方法来中断线程，我们看下Worker类的interruptIfStarted()方法的源代码，如下所示。

void interruptIfStarted() {
	Thread t;
	if (getState() >= 0 && (t = thread) != null && !t.isInterrupted()) {
		try {
			t.interrupt();
		} catch (SecurityException ignore) {
		}
	}
}

发现其本质上调用的还是Thread类的interrupt()方法来中断线程。

awaitTermination(long, TimeUnit)方法

当线程池调用了awaitTermination(long, TimeUnit)方法后，会阻塞调用者所在的线程，直到线程池的状态修改为TERMINATED才返回，或者达到了超时时间返回。接下来，我们看下awaitTermination(long, TimeUnit)方法的源代码，如下所示。

public boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
	throws InterruptedException {
	//获取距离超时时间剩余的时长
	long nanos = unit.toNanos(timeout);
	//获取Worker线程的的全局锁
	final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
	//加锁
	mainLock.lock();
	try {
		for (;;) {
			//当前线程池状态为TERMINATED状态，会返回true
			if (runStateAtLeast(ctl.get(), TERMINATED))
				return true;
			//达到超时时间，已超时，则返回false
			if (nanos <= 0)
				return false;
			//重置距离超时时间的剩余时长
			nanos = termination.awaitNanos(nanos);
		}
	} finally {
		//释放锁
		mainLock.unlock();
	}
}

上述代码的总体逻辑为：首先获取Worker线程的独占锁，后在循环判断当前线程池是否已经是TERMINATED状态，如果是则直接返回true，否则检测是否已经超时，如果已经超时，则返回false。如果未超时，则重置距离超时时间的剩余时长。接下来，进入下一轮循环，再次检测当前线程池是否已经是TERMINATED状态，如果是则直接返回true，否则检测是否已经超时，如果已经超时，则返回false。如果未超时，则重置距离超时时间的剩余时长。以此循环，直到线程池的状态变为TERMINATED或者已经超时。

好了，今天就到这儿吧，我是冰河，我们下期见~~