详解Java线程池如何实现优雅退出
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。
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