【高並行】從原始碼角度深度解析執行緒池是如何實現優雅退出的

大家好，我是冰河~~

在【高並行專題】中，我們從原始碼角度深度分析了執行緒池中那些重要的介面和抽象類、深度解析了執行緒池是如何建立的，ThreadPoolExecutor類有哪些屬性和內部類，以及它們對執行緒池的重要作用。深度分析了執行緒池的整體核心流程，以及如何拆解Worker執行緒的執行程式碼，深度解析Worker執行緒的執行流程。

本文，我們就來從原始碼角度深度解析執行緒池是如何優雅的退出程式的。首先，我們來看下ThreadPoolExecutor類中的shutdown()方法。

shutdown()方法

當使用執行緒池的時候，呼叫了shutdown()方法後，執行緒池就不會再接受新的執行任務了。但是在呼叫shutdown()方法之前放入任務佇列中的任務還是要執行的。此方法是非阻塞方法，呼叫後會立即返回，並不會等待任務佇列中的任務全部執行完畢後再返回。我們看下shutdown()方法的原始碼，如下所示。

public void shutdown() {
	//獲取執行緒池的全域性鎖
	final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
	mainLock.lock();
	try {
		//檢查是否有關閉執行緒池的許可權
		checkShutdownAccess();
		//將當前執行緒池的狀態設定為SHUTDOWN
		advanceRunState(SHUTDOWN);
		//中斷Worker執行緒
		interruptIdleWorkers();
		//為ScheduledThreadPoolExecutor呼叫勾點函數
		onShutdown(); // hook for 
	} finally {
		//釋放執行緒池的全域性鎖
		mainLock.unlock();
	}
	//嘗試將狀態變為TERMINATED
	tryTerminate();
}

總體來說，shutdown()方法的程式碼比較簡單，首先檢查了是否有許可權來關閉執行緒池，如果有許可權，則再次檢測是否有中斷工作執行緒的許可權，如果沒有許可權，則會丟擲SecurityException異常，程式碼如下所示。

//檢查是否有關閉執行緒池的許可權
checkShutdownAccess();
//將當前執行緒池的狀態設定為SHUTDOWN
advanceRunState(SHUTDOWN);
//中斷Worker執行緒
interruptIdleWorkers();

其中，checkShutdownAccess()方法的實現程式碼如下所示。

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()方法的程式碼理解起來比較簡單，就是檢測是否具有關閉執行緒池的許可權，期間使用了執行緒池的全域性鎖。

接下來，我們看advanceRunState(int)方法的原始碼，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：判斷當前執行緒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，則將當前執行緒池的狀態設定為SHUTDOWN。

接下來，我們看看showdown()方法呼叫的interruptIdleWorkers()方法，如下所示。

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

可以看到，interruptIdleWorkers()方法呼叫的是interruptIdleWorkers(boolean)方法，繼續看interruptIdleWorkers(boolean)方法的原始碼，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();
	}
}

上述程式碼的總體邏輯為：獲取執行緒池的全域性鎖，迴圈所有的工作執行緒，檢測執行緒是否被中斷，如果沒有被中斷，並且Worker執行緒獲得了鎖，則執行執行緒的中斷方法，並釋放執行緒獲取到的鎖。此時如果onlyOne引數為true，則退出迴圈。否則，迴圈所有的工作執行緒，執行相同的操作。最終，釋放執行緒池的全域性鎖。

接下來，我們看下shutdownNow()方法。

shutdownNow()方法

如果呼叫了執行緒池的shutdownNow()方法，則執行緒池不會再接受新的執行任務，也會將任務佇列中存在的任務丟棄，正在執行的Worker執行緒也會被立即中斷，同時，方法會立刻返回，此方法存在一個返回值，也就是當前任務佇列中被丟棄的任務列表。

shutdownNow()方法的原始碼如下所示。

public List<Runnable> shutdownNow() {
	List<Runnable> tasks;
	final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
	mainLock.lock();
	try {
		//檢查是否有關閉許可權
		checkShutdownAccess();
		//設定執行緒池的狀態為STOP
		advanceRunState(STOP);
		//中斷所有的Worker執行緒
		interruptWorkers();
		//將任務佇列中的任務移動到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()方法的原始碼的總體邏輯與shutdown()方法基本相同，只是shutdownNow()方法將執行緒池的狀態設定為STOP，中斷所有的Worker執行緒，並且將任務佇列中的所有任務移動到tasks集合中並返回。

可以看到，shutdownNow()方法中斷所有的執行緒時，呼叫了interruptWorkers()方法，接下來，我們就看下interruptWorkers()方法的原始碼，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，就是獲得執行緒池的全域性鎖，迴圈所有的工作執行緒，依次中斷執行緒，最後釋放執行緒池的全域性鎖。

在interruptWorkers()方法的內部，實際上呼叫的是Worker類的interruptIfStarted()方法來中斷執行緒，我們看下Worker類的interruptIfStarted()方法的原始碼，如下所示。

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

發現其本質上呼叫的還是Thread類的interrupt()方法來中斷執行緒。

awaitTermination(long, TimeUnit)方法

當執行緒池呼叫了awaitTermination(long, TimeUnit)方法後，會阻塞呼叫者所在的執行緒，直到執行緒池的狀態修改為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)方法的原始碼，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執行緒的的全域性鎖
	final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
	//加鎖
	mainLock.lock();
	try {
		for (;;) {
			//當前執行緒池狀態為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();
	}
}

上述程式碼的總體邏輯為：首先獲取Worker執行緒的獨佔鎖，後在迴圈判斷當前執行緒池是否已經是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，進入下一輪迴圈，再次檢測當前執行緒池是否已經是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。以此迴圈，直到執行緒池的狀態變為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~~