并发设计模式 | 两阶段终止模式：如何优雅地终止线程？
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了并发设计模式 | 两阶段终止模式：如何优雅地终止线程？相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
前面两篇文章 、 都是启动多线程去执行一个异步任务。
既然启动了线程，那又该如何终止呢？今天咱们就从技术的角度聊聊如何优雅地终止线程，正所谓有始有终。
在 中，曾提过：线程执行完或者出现异常就会进入终止状态。这样看，终止一个线程看上去很简单啊！一个线程执行完自己的任务，自己进入终止状态，这的确很简单。
不过我们今天谈到的“优雅地终止线程”，不是自己终止自己，而是在一个线程 T1 中，终止线程 T2；这里所谓的“优雅”，指的是给 T2 一个机会料理后事，而不是被一剑封喉。
Java线程终止的痛病
线程属于一次性消耗品，在执行完run()方法之后线程便会正常结束了，线程结束后便会销毁，不能再次start,只能重新建立新的线程对象，但有时run()方法是永远不会结束的。例如在程序中使用线程进行Socket监听请求，或是其他的需要循环处理的任务。在这种情况下，一般是将这些任务放在一个循环中，如while循环。当需要结束线程时，如何退出线程呢？
Java 语言的 Thread 类中曾经提供了一个 stop() 方法，用来终止线程，可是早已不建议使用了，原因是这个方法用是直接终止的线程，线程并没有机会料理后事。
如何理解两阶段终止模式
正是Java线程退出，长期以来存在痛病，业界也在不断探索Java线程退出的“正确”方式。前辈们经过认真对比分析，已经总结出了一套成熟的方案，叫做两阶段终止模式。顾名思义，就是将终止过程分成两个阶段，其中第一个阶段主要是线程 T1 向线程 T2发送终止指令，而第二阶段则是线程 T2响应终止指令。
两阶段终止模式示意图
那在 Java 语言里，终止指令是什么呢？这个要从 Java 线程的状态转换过程说起。我们在 中曾经提到过 Java 线程的状态转换图。
本质上，Java线程底层实现，和操作系统线程是一一对应的；这种做法本质上是将 Java 线程的调度权完全委托给操作系统，而操作系统在这方面非常成熟，所以这种做法的好处是稳定、可靠，
从这个图里会发现，Java 线程进入终止状态的前提是线程进入 RUNNABLE 状态，而实际上线程也可能处在休眠状态，也就是说，我们要想终止一个线程，首先要把线程的状态从休眠状态(BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING)转换到 RUNNABLE 状态。如何做到呢？这个要靠 Java Thread 类提供的interrupt() 方法，它可以将休眠状态的线程转换到 RUNNABLE 状态。
Thread.interrupt()
我们经常使用的方法，相信大家一定见过，就是用 volatile 声明一个flag，用 while(!flag) 循环的方式，在不满足条件时进行退出。
也就是RUNNABLE 状态转换到终止状态，优雅的方式是让 Java 线程自己执行完 run() 方法，一般我们采用的方法是设置一个标志位(就是volatile 声明一个flag)，然后线程会在合适的时机检查这个标志位，如果发现符合终止条件，则自动退出 run() 方法。这个过程其实就是我们前面提到的第二阶段：响应终止指令
public class ThreadSafe extends Thread {public volatile boolean exit = false;public void run() {while (!exit){//do something}}}
且慢，先别觉得简单，到这里先思考下，“volatile标志位终止线程，OK吗？”，真的能实现线程终止吗？
先简单说下结论：
1、部分简单场景，是没问题的。volatile修饰的标志，使得多线程之间内存可见，在合适的时候，改变标志位即可；
2、但！大多数业务场景，绝不是简单的数值计算，大多会伴随着数据IO、网络数据传输、RPC调用等，可能造成线程阻塞或休眠；
线程可能处于BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING等休眠状态，此时可能还没到下次while循环周期，实时性要求较高的场景，可能就不完美了。
也就是仅检查终止标志位是不够的，因为线程的状态可能处于休眠态。
interrupt()方法和
线程终止的标志位。
用两阶段终止模式终止监控操作
一般run()方法执行完，线程就会正常结束，然而，常常有些线程是伺服线程。它们需要长时间的运行，只有在外部某些条件满足的情况下，才能关闭这些线程。有些监控系统需要动态地采集一些数据，一般都是监控系统发送采集指令给被监控系统的监控代理，监控代理接收到指令之后，从监控目标收集数据，然后回传给监控系统，详细过程如下图所示。出于对性能的考虑（有些监控项对系统性能影响很大，所以不能一直持续监控），动态采集功能一般都会有终止操作。
动态采集功能示意图
下面的示例代码是监控代理简化之后的实现，start() 方法会启动一个新的线程 rptThread 来执行监控数据采集和回传的功能，stop() 方法需要优雅地终止线程 rptThread，那 stop() 相关功能该如何实现呢？
class Proxy {
boolean started = false;
// 采集线程
Thread rptThread;
// 启动采集功能
synchronized void start(){
// 不允许同时启动多个采集线程
if (started) {
return;
}
started = true;
rptThread = new Thread(()->{
while (true) {
// 省略采集、回传实现
report();
// 每隔两秒钟采集、回传一次数据
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
}
}
// 执行到此处说明线程马上终止
started = false;
});
rptThread.start();
}
// 终止采集功能
synchronized void stop(){
// 如何实现？
}
}
按照两阶段终止模式，我们首先需要做的就是将线程 rptThread 状态转换到 RUNNABLE，做法很简单，只需要在调用 rptThread.interrupt() 就可以了。线程 rptThread 的状态转换到 RUNNABLE 之后，如何优雅地终止呢？下面的示例代码中，我们选择的标志位是线程的中断状态：Thread.currentThread().isInterrupted() ，需要注意的是，我们在捕获 Thread.sleep() 的中断异常之后，通过 Thread.currentThread().interrupt() 重新设置了线程的中断状态，因为 JVM 的异常处理会清除线程的中断状态。
class Proxy {
boolean started = false;
// 采集线程
Thread rptThread;
// 启动采集功能
synchronized void start(){
// 不允许同时启动多个采集线程
if (started) {
return;
}
started = true;
rptThread = new Thread(()->{
while (!Thread.currentThread().isInterrupted()){
// 省略采集、回传实现
report();
// 每隔两秒钟采集、回传一次数据
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e){
// 重新设置线程中断状态
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
// 执行到此处说明线程马上终止
started = false;
});
rptThread.start();
}
// 终止采集功能
synchronized void stop(){
rptThread.interrupt();
}
}
上面的示例代码的确能够解决当前的问题，但是建议你在实际工作中谨慎使用。原因在于我们很可能在线程的 run() 方法中调用第三方类库提供的方法，而我们没有办法保证第三方类库正确处理了线程的中断异常，例如第三方类库在捕获到 Thread.sleep() 方法抛出的中断异常后，没有重新设置线程的中断状态，那么就会导致线程不能够正常终止。所以强烈建议你设置自己的线程终止标志位，例如在下面的代码中，使用 isTerminated 作为线程终止标志位，此时无论是否正确处理了线程的中断异常，都不会影响线程优雅地终止。
class Proxy {
// 线程终止标志位
volatile boolean terminated = false;
boolean started = false;
// 采集线程
Thread rptThread;
// 启动采集功能
synchronized void start(){
// 不允许同时启动多个采集线程
if (started) {
return;
}
started = true;
terminated = false;
rptThread = new Thread(()->{
while (!terminated){
// 省略采集、回传实现
report();
// 每隔两秒钟采集、回传一次数据
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e){
// 重新设置线程中断状态
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
// 执行到此处说明线程马上终止
started = false;
});
rptThread.start();
}
// 终止采集功能
synchronized void stop(){
// 设置中断标志位
terminated = true;
// 中断线程 rptThread
rptThread.interrupt();
}
}
如何优雅地终止线程池
实际工作中，最常用的是线程池，线程池该如何优雅关闭呢？
线程池提供了两个方法：shutdown()和shutdownNow()
文章中我们曾经讲过，Java 线程池是生产者 - 消费者模式的一种实现，提交给线程池的任务，首先是进入一个阻塞队列中，之后线程池中的线程从阻塞队列中取出任务执行。（更详细的线程池原理，推荐 ）
shutdown() 方法是一种很保守的关闭线程池的方法。线程池执行 shutdown() 后，就会拒绝接收新的任务，但是会等待线程池中正在执行的任务和已经进入阻塞队列的任务都执行完之后才最终关闭线程池。
而 shutdownNow() 方法，相对就激进一些了，线程池执行 shutdownNow() 后，会拒绝接收新的任务，同时还会中断线程池中正在执行的任务，已经进入阻塞队列的任务也被剥夺了执行的机会，不过这些被剥夺执行机会的任务会作为 shutdownNow() 方法的返回值返回。因为 shutdownNow() 方法会中断正在执行的线程，所以提交到线程池的任务，如果需要优雅地结束，就需要正确地处理线程中断。
总结
两阶段终止模式是一种应用很广泛的并发设计模式，在 Java 语言中使用两阶段终止模式来优雅地终止线程，需要注意两个关键点：一个是仅检查终止标志位是不够的，因为线程的状态可能处于休眠态；另一个是仅检查线程的中断状态也是不够的，因为我们依赖的第三方类库很可能没有正确处理中断异常。
两阶段终止模式，使用了最常见的 volatile 线程退出标志位，同时还检查了线程状态，用 Thread.interrupt() 打破线程的休眠状态，防止正在休眠的线程不能被正确终止。可见，两阶段终止模式也是经过业界深思熟虑的。
当你使用 Java 的线程池来管理线程的时候，需要依赖线程池提供的 shutdown() 和 shutdownNow() 方法来终止线程池。不过在使用时需要注意它们的应用场景，尤其是在使用 shutdownNow() 的时候，一定要谨慎。
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以上是关于并发设计模式 | 两阶段终止模式：如何优雅地终止线程？的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章