【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【精通高并发系列】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。

注意：以上内容大家可以在【精通高并发系列】中进行查阅。

《注意：线程的执行顺序与你想的并不一样！！》

《深入解析Callable接口 》

《两种异步模型与深度解析Future接口！》

《解密SimpleDateFormat类的线程安全问题和六种解决方案！》

《不得不说的线程池与ThreadPoolExecutor类浅析》

《深度解析线程池中那些重要的顶层接口和抽象类》

《从源码角度分析创建线程池究竟有哪些方式》

《通过源码深度解析ThreadPoolExecutor类是如何保证线程池正确运行的》

《通过ThreadPoolExecutor类的源码深度解析线程池执行任务的核心流程》

《通过源码深度分析线程池中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~~