《重学Java高并发》线程与线程之间如何协作(父子线程如何优雅交互)

Posted 2021-10-28 中间件兴趣圈

专栏特色：结合10余年的工作经验，在实践中提炼总结高并发经验，将理论落到实处，不仅助力面试，更是真正提高技能。
专栏目录：

1. 《重学Java高并发》Sempahore的使用场景与常见误区
2. 《重学Java高并发》手写一个生产者消费者线程模型
3. 《重学Java高并发》你管这“破玩意儿”叫锁
4. 《重学Java高并发》同步转异步编程技巧与实战运用

如果大家从事的是业务开发，在工作中如果涉及到并发，通常是引入线程池来实现并发，但如果从事的是基础框架的开发，通常并不会直接使用线程池，会按需创建单个线程，并且为了职责的单一与提升性能，通常单个线程只会负责一个流程中的部分功能，多个线程紧密配合。

那线程与线程之间如何协作呢？如果子线程出现异常，如何通知主线程呢？

可以明确的告诉大家，子线程抛出异常，主线程是无法捕获到异常的。

请带着上述问题，开始本文的学习。

1、两个线程如何协作

这里我想拿RocketMQ中的一个场景与大家来分享，通常这也是两个线程进行协作十分经典的使用示例。

在RocketMQ消费端，PUSH模式消费者在消费之前需要提前做好准备：

• 队列负载均衡
• 消息拉取

这里简单介绍一下相关实现：在RocketMQ消费者PUSH模式启动后，消费组中的成员发生了变化，需要进行重平衡，即进行队列重新负载，主要的依据是查询当前队列的总个数与当前消费者个数，然后使用负载均衡算法(例如平均分配)，各个消费者获取分配后的队列后，依次向Broker服务端拉取消息，然后提交消费线程池消费。

从单一指责设计原则出发，根据负载均衡、消息拉取两个不通的职责来看，需要设计两个线程分别处理，并且这两个线程必须相互协作，因为负责队列负载的线程需要指引消息拉取线程具体拉取哪些队列。

从上述流程图中可以看出，RocketMQ的给出的实践要点如下：

• 引入一个阻塞队列(多线程安全)，充当任务队列，两个线程都可以访问。
• PullMessageService通过调用阻塞队列的take()方法获取任务，如果阻塞队列(任务队列)中没有待处理任务，线程则阻塞，非常关键，避免线程空轮询，造成CPU飙升。
• RebalanceService线程的职责是根据任务负载算法生成任务，放入任务队列中，从而能够唤醒PullMessageService线程。

大家有没有发现，这不就是典型的生产者-消费者模式吗？没错，这就是。

介绍了线程之间如何协作，接下来再介绍一下如何复用一个线程。

我们还是以RocketMQ中PullMessageService线程的实现为例进行阐述。

实现经典步骤：

• 使用 while() 进行循环，这里通常有两种实现方法：
  • while(Thread.interrupted()),即检测当前线程的中断状态，如果要停止该线程，通常是在其他线程中调用要中断线程的interrupt()方法。
  • while(!this.stoped) stoped会使用volatile关键字首饰，如果要停止该线程，并且需要暴露一个方法，用于将stoped设置为true,从而跳出循环。
• 在while方法中从一个阻塞队列中获取待执行的任务，没有任务执行时当前线程阻塞，不消耗CPU资源。

2、如何处理异常情况

上述线程的协作方式非常的优雅，但细想一下，其实也存在问题。

如果“生产者”线程(RebalacneService)出现异常而提停止，PullMessageServicve线程可能会由于一直没有任务执行而一直阻塞，进入假死异常。

这样的问题在上述场景中或许不那么明显，笔者举一个工作中遇到的场景。

我在负责数据同步产品时，需要增量将mysql数据库中的数据同步到mq、es等其他目标端，就按照数据拉取、数据解析、数据传输等职责设计了多个线程，其线程模型如下图所示：

如果解析线程出现异常(数据同步场景，碰到的最常见的异常：表结构变更引起的异常)，导致解析线程不再从任务队列中获取解析任务，然后解析队列将被填满，导致MySQLBinlogPullThread线程的无限阻塞，整个数据同步流程处于假死，问题很严重，如果不及时处理，数据会积压而造成生产故障，那如何处理呢？

不做任何处理的情况下，一个线程是无法感知另外一个线程的异常状态的，从名称来看，调用栈的作用域是线程。

从上面的线程协作模型来看，可以按照职责分为生产者线程、消费者线程。

• 生产者线程，向任务队列中添加任务
• 消费者线程，从任务队列中获取任务并处理

2.1 生产者线程异常如何通知消费线程

如果是生产者线程出现异常，我们如何通知消费端线程呢？

笔者在实践过程中的处理方法：首先捕获生产者线程的异常，然后包装一个异常任务ErrorTask，放入到任务队列，然后消费者线程在处理任务时，首先判断任务的类型，如果是ErrorTask，则停止并退出。

给出的基本实现伪代码如下：

1、生产者线程代码

重点在线程内部需要捕获异常，然后将异常封装成一个Error任务，供下游感知。

2、消费者线程代码

2.2 消费端线程异常如何通知生产线程

消费端线程的角色主要是从任务队列中获取任务，但自身如果出现异常，只会阻塞生产端线程，要通知发送方线程异常，通常的方式是客户端需要持有发送方的对象，并通过其提供的方法进行通知。

发送者线程需要预留检测点与关闭方法，其代码如下：

关键点如下：

• run方法中使用while(!stoped)方式进行循环，内嵌一个阻塞队列。
• 线程提供一个改变线程状态运行的方法，shutdown，并传人是否是因为异常退出，供其他线程调用。

消费者线程的实现如下：

本文的介绍就到这里了，线程与线程之间的协作，大家是否Get。

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