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Java没有提供任何机制来安全地终止线程(虽然Thread.stop和suspend方法提供了这样的机制,但由于存在缺陷,因此应该避免使用
中断:一种协作机制,能够使一个线程终止另一个线程的当前工作
立即停止会使共享的数据结构处于不一致的状态,需要停止时,发出中断请求,被要求中断的线程处理完他当前的任务后会自己判断是否停下来
一、任务取消
若外部代码能在某个操作正常完成之前将其置入“完成”状态,则还操作是可取消的。(用户请求取消、有时间限制的操作<并发查找结果,一个线程找到后可取消其他线程>、应用程序事件、错误、关闭)
取消策略:详细地定义取消操作的“How”、“When”以及“What”,即其他代码如何(How)请求取消该任务,任务在何时(When)检查是否已经请求了取消,以及在响应取消请求时应该执行哪些(What)操作
举例:设置volatile变量为取消标志,每次执行前检查
1 private volatile boolean canceled; 2 3 @Override 4 public void run() { 5 BigInteger p = BigInteger.ONE; 6 while (!canceled){ 7 p = p.nextProbablePrime(); 8 synchronized (this) { //同步添加素数 9 primes.add(p); 10 } 11 } 12 }
注意:这是一个有问题的取消方式,若线程阻塞在add操作后,那么即使设置了取消状态,它也不会运行到检验阻塞状态的代码,因此会永远阻塞
1、中断
线程可以通过这种机制来通知另一个线程,告诉它在合适的或者可能的情况下停止当前工作,并转而执行其他的工作。(在取消之外的其他操作使用中断都是不合适的)
调用interrupt并不意味者立即停止目标线程正在进行的工作,而只是传递了请求中断的消息。会在下一个取消点中断自己,如wait, sleep,join等
1 public class Thread { 2 public void interrupt() { ... }//中断目标线程,恢复中断状态 3 public boolean isInterrupted() { ... }//返回目标线程的中断状态 4 public static boolean interrupted() { ... }//清除当前线程的中断状态,并返回它之前的值(用于已经设置了中断状态,但还尚未相应中断) 5 ... 6 }
阻塞库方法,例如Thread.sleep和Object.wait等,都会检查线程何时中断,并且在发现时提前返回。它们在响应中断时执行的操作包括 : 清除中断状态,抛出InterruptedException,表示阻塞操作由于中断而提前结束。
2、中断策略——规定线程如何解释某个中断请求——当发现中断请求时,应该做哪些工作
由于每个线程拥有各自的中断策略,因此除非你知道中断对该线程的含义,否则就不应该中断这个线程。
3、响应中断
传递异常(throws InterruptedException)
恢复中断状态,从而事调用栈的上层代码能够对其进行处理。(Thread.currentThread().interrupt();)
4、通过Future实现取消
boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
5、处理不可中断的阻塞——对于某些阻塞操作,只是设置了中断状态
1 //改写interrupt方法发出中断请求 2 @Override 3 public void interrupt() { 4 try { 5 socket.close(); //中断前关闭socket 6 } catch (IOException e) { 7 8 } finally{ 9 super.interrupt(); 10 } 11 }
6、采用newTaskFor来封装非标准的取消
二、停止基于线程的服务
应用程序通常会创建基于线程的服务,如线程池。这些服务的时间一般比创建它的方法更长。
服务应该生命周期方法关闭它自己以及他拥有的线程
1、示例:日志服务
1 // LogWriter就是一个基于线程的服务,但不是一个完成的服务 2 public class LogWriter { 3 //日志缓存 4 private final BlockingQueue<String> queue; 5 private final LoggerThread logger;//日志写线程 6 private static final int CAPACITY = 1000; 7 8 public LogWriter(Writer writer) { 9 this.queue = new LinkedBlockingQueue<String>(CAPACITY); 10 this.logger = new LoggerThread(writer); 11 } 12 13 public void start() { logger.start(); } 14 15 //应用程序向日志缓存中放入要记录的日志 16 public void log(String msg) throws InterruptedException { 17 queue.put(msg); 18 } 19 20 //日志写入线程,这是一个多生产者,单消费者的设计 21 private class LoggerThread extends Thread { 22 private final PrintWriter writer; 23 public LoggerThread(Writer writer) { 24 this.writer = new PrintWriter(writer, true); // autoflush 25 } 26 public void run() { 27 try { 28 while (true) 29 writer.println(queue.take()); 30 } catch(InterruptedException ignored) { 31 } finally { 32 writer.close(); 33 } 34 } 35 } 36 }
注意:可以中断阻塞的take()方法停止日志线程(消费者线程),但生产者没有专门的线程,没办法取消
1 //日志服务,提供记录日志的服务,并有管理服务生命周期的相关方法 2 public class LogService { 3 private final BlockingQueue<String> queue; 4 private final LoggerThread loggerThread;// 日志写线程 5 private final PrintWriter writer; 6 private boolean isShutdown;// 服务关闭标示 7 // 队列中的日志消息存储数量。我们不是可以通过queue.size()来获取吗? 8 // 为什么还需要这个?请看后面 9 private int reservations; 10 11 public LogService(Writer writer) { 12 this.queue = new LinkedBlockingQueue<String>(); 13 this.loggerThread = new LoggerThread(); 14 this.writer = new PrintWriter(writer); 15 16 } 17 18 //启动日志服务 19 public void start() { 20 loggerThread.start(); 21 } 22 23 //关闭日志服务 24 public void stop() { 25 synchronized (this) { 26 /* 27 * 为了线程可见性,这里一定要加上同步,当然volatile也可, 28 * 但下面方法还需要原子性,所以这里就直接使用了synchronized, 29 * 但不是将isShutdown定义为volatile 30 */ 31 isShutdown = true; 32 } 33 //向日志线程发出中断请求 34 loggerThread.interrupt(); 35 } 36 37 //供应用程序调用,用来向日志缓存存放要记录的日志信息 38 public void log(String msg) throws InterruptedException { 39 synchronized (this) { 40 /* 41 * 如果应用程序发出了服务关闭请求,则不存在接受日志,而是直接 42 * 抛出异常,让应用程序知道 43 */ 44 if (isShutdown) 45 throw new IllegalStateException(/*日志服务已关闭*/); 46 /* 47 * 由于queue是线程安全的阻塞队列,所以不需要同步(同步也可 48 * 但并发效率会下降,所以将它放到了同步块外)。但是这里是的 49 * 操作序列是由两个操作组成的:即先判断isShutdown,再向缓存 50 * 中放入消息,如果将queue.put(msg)放在同步外,则在多线程环 51 * 境中,LoggerThread中的 queue.size() == 0 将会不准确,所 52 * 以又要想queue.put不同步,又要想queue.size()计算准确,所 53 * 以就使用了一个变量reservations专用来记录缓存中日志条数, 54 * 这样就即解决了同步queue效率低的问题,又解决了安全性问题, 55 * 这真是两全其美 56 */ 57 //queue.put(msg); 58 ++reservations;//存储量加1 59 } 60 queue.put(msg); 61 } 62 63 private class LoggerThread extends Thread { 64 public void run() { 65 try { 66 while (true) { 67 try { 68 synchronized (LogService.this) { 69 // 由于 queue 未同步,所以这里不能使用queue.size 70 //if (isShutdown && queue.size() == 0) 71 72 // 如果已关闭,且缓存中的日志信息都已写入,则退出日志线程 73 if (isShutdown && reservations == 0) 74 break; 75 } 76 String msg = queue.take(); 77 synchronized (LogService.this) { 78 --reservations; 79 } 80 writer.println(msg); 81 } catch (InterruptedException e) { /* 重试 */ 82 } 83 } 84 } finally { 85 writer.close(); 86 } 87 } 88 } 89 }
注意:通过原子方式来检查关闭请求,并且有条件地递增一个计数器来“保持”提提交消息的权利
2、关闭ExecutorService
shutdown():启动一次顺序关闭,执行完以前提交的任务,没有执行完的任务继续执行完
shutdownNow():试图停止所有正在执行的任务(向它们发出interrupt操作语法,无法保证能够停止正在处理的任务线程,但是会尽力尝试),并暂停处理正在等待的任务,并返回等待执行的任务列表。
ExecutorService已关闭,再向它提交任务时会抛RejectedExecutionException异常
3、“毒丸”对象——当得到这个对象时,立即停止
在提交“毒丸”对象之前提交的所有工作都会被处理,而生产者在提交了“毒丸”对象后,将不会再提交任何工作
4、只执行一次的服务
如果某个方法需要处理一批任务,并且当所有任务都处理完成后才返回,那么可以通过一次私有的Executor来简化服务的生命周期管理,其中该Executor的生命周期是由这个方法来控制的。
1 boolean checkMail(Set<String> hosts, long timeout, TimeUnit unit) 2 throws InterruptedException { 3 ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool(); 4 //这里不能使用 volatile hasNewMail,因为还需要在匿名内中修改 5 final AtomicBoolean hasNewMail = new AtomicBoolean(false); 6 try { 7 for (final String host : hosts)//循环检索每台主机 8 exec.execute(new Runnable() {//执行任务 9 public void run() { 10 if (checkMail(host)) 11 hasNewMail.set(true); 12 } 13 }); 14 } finally { 15 exec.shutdown();//因为ExecutorService只在这个方法中服务,所以完成后即可关闭 16 exec.awaitTermination(timeout, unit);//等待任务的完成,如果超时还未完成也会返回 17 } 18 return hasNewMail.get(); 19 }
5、shutdown的局限性
我们无法通过常规方法来找出哪些任务已经开始但尚未结束。这意味着我们无法在关闭过程中知道正在执行的任务的状态,除非任务本身会执行某种检查
1 public class TrackingExecutor extends AbstractExecutorService { 2 private final ExecutorService exec; 3 private final Set<Runnable> tasksCancelledAtShutdown = 4 Collections.synchronizedSet(new HashSet<Runnable>()); 5 6 public TrackingExecutor(ExecutorService exec) { 7 this.exec = exec; 8 } 9 10 public List<Runnable> getCancelledTasks() {//返回被取消的任务 11 if (!exec.isTerminated())//如果shutdownNow未调用或调用未完成时 12 throw new IllegalStateException(/*...*/); 13 return new ArrayList<Runnable>(tasksCancelledAtShutdown); 14 } 15 16 public void execute(final Runnable runnable) { 17 exec.execute(new Runnable() { 18 public void run() { 19 try { 20 runnable.run(); 21 /*参考:http://blog.csdn.net/coslay/article/details/48038795 22 * 实质上在这里会有线程安全性问题,存在着竞争条件,比如程序刚 23 * 好运行到这里,即任务任务(run方法)刚好运行完,这时外界调用 24 * 了shutdownNow(),这时下面finally块中的判断会有出错,明显示 25 * 任务已执行完成,但判断给出的是被取消了。如果要想安全,就不 26 * 应该让shutdownNow在run方法运行完成与下面判断前调用。我们要 27 * 将runnable.run()与下面的if放在一个同步块、而且还要将 28 * shutdownNow的调用也放同步块里并且与前面要是同一个监视器锁, 29 * 这样好像就可以解决了,不知道对不能。书上也没有说能不能解决, 30 * 只是说有这个问题!但反过来想,如果真的这样同步了,那又会带 31 * 性能上的问题,因为什么所有的任务都会串形执行,这样还要 32 * ExecutorService线程池干嘛呢?我想这就是后面作者为什么所说 33 * 这是“不可避免的竞争条件” 34 */ 35 } finally { 36 //如果调用了shutdownNow且运行的任务被中断 37 if (isShutdown() 38 && Thread.currentThread().isInterrupted()) 39 tasksCancelledAtShutdown.add(runnable);//记录被取消的任务 40 } 41 } 42 }); 43 } 44 // 将ExecutorService 中的其他方法委托到exec 45 }
三、处理非正常的线程终止
在一个线程中启动另一个线程,另一个线程中抛出异常,如果没有捕获它,这个异常也不会传递到父线程中
任何代码都可能抛出一个RuntimeException。每当调用另一个方法时,都要对它的行为保持怀疑,不要盲目地认为它一定会正常返回,或者一定会抛出在方法原型中声明的某个已检查异常
1 //如果任务抛出了一个运行时异常,它将允许线程终结,但是会首先通知框架:线程已经终结 2 public void run() {//工作者线程的实现 3 Throwable thrown = null; 4 try { 5 while (!isInterrupted()) 6 runTask(getTaskFromWorkQueue()); 7 } catch (Throwable e) {//为了安全,捕获的所有异常 8 thrown = e;//保留异常信息 9 } finally { 10 threadExited(this, thrown);// 重新将异常抛给框架后终结工作线程 11 } 12 }
在Thread API中提供了UncaughtExceptionHandler,它能检测出某个线程由于未捕获的异常而终结的情况
在运行时间较长的应用程序中,通常会为所有的未捕获异常指定同一个异常处理器,并且该处理器至少会将异常信息记录到日志中。
public class UEHLogger implements Thread.UncaughtExceptionHandler { public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) { Logger logger = Logger.getAnonymousLogger(); logger.log(Level.SEVERE, "Thread terminated with exception: " + t.getName(), e); } }
四、JVM关闭
JVM既可通过正常手段来关闭,也可强行关闭。
1、关闭钩子
public void start()//通过注册关闭钩子,停止日志服务 { Runnable.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(){ public void run() { try{LogService.this.stop();} catch(InterruptedException ignored){} } }); }
2、守护线程——一个线程来执行一些辅助工作,但有不希望这个线程阻碍JVM的关闭
线程可分为两种:普通线程和守护线程。在JVM启动时创建的所有线程中,除了主线程以外,其他的线程都是守护线程
普通线程与守护线程之间的差异仅在于当线程退出时发生的操作。当一个线程退出时,JVM会检查其他正在运行的线程,如果这些线程都是守护线程,那么JVM会正常退出操作。当JVM停止时,所有仍然存在的守护线程都将被抛弃——既不会执行finally代码块,也不会执行回卷栈,而JVM只是直接退出
3、终结器(清理文件句柄或套接字句柄等)——避免使用
垃圾回收器对那些定义了finalize方法的对象会进行特殊处理:在回收器释放它们后,调用它们的finalize方法,从而确保一些持久化的资源被释放。
通过使用finally代码块和显式的close方法,能够比使用终结器更好地管理资源
例外:当需要管理对象时,并且该对象持有的资源是通过本地方法获得的
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