來聊聊守護線程和 JVM 的優(yōu)雅關(guān)閉
本文原本是針對守護線程的一些探討，感覺知識點稍顯淺薄，故基于原有文章進行迭代補充對于Java程序優(yōu)雅關(guān)閉的一些思考。
一、JVM中的關(guān)閉
1. 詳解虛擬機鉤子
在Java進程開發(fā)中，對于重量級的系統(tǒng)資源關(guān)閉或者進程資源整理或信號輸出，常常會通過Java內(nèi)置的addShutdownHook方法注冊回調(diào)函數(shù)，確保在Java進程關(guān)閉不再使用這些資源時將其釋放，例如hutool這個工具類對應(yīng)連接池的管理工具GlobalDSFactory，其底層就會在類加載初始化時利用addShutdownHook注冊一個連接池銷毀的回調(diào)函數(shù)：
/*
* 設(shè)置在JVM關(guān)閉時關(guān)閉所有數(shù)據(jù)庫連接
*/
static {
// JVM關(guān)閉時關(guān)閉所有連接池
Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread() {
@Override
public void run() {
if (null != factory) {
factory.destroy();
StaticLog.debug("DataSource: [{}] destroyed.", factory.dataSourceName);
factory = null;
}
}
});
}而虛擬機鉤子注冊的原理本質(zhì)上就是在調(diào)用addShutdownHook時，其底層將這個現(xiàn)場hook注冊到一個hooks的map容器中，并在shutdown的時候遍歷調(diào)用這些hook線程：
對應(yīng)的我們也給出addShutdownHook的實現(xiàn)，可以看到其底層就是調(diào)用ApplicationShutdownHooks來注冊hook：
public void addShutdownHook(Thread hook) {
SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
sm.checkPermission(new RuntimePermission("shutdownHooks"));
}
ApplicationShutdownHooks.add(hook);
}而步入這個add方法后可以看到其內(nèi)部本質(zhì)上就是在必要的校驗后，存入到hooks這個map中：
private static IdentityHashMap<Thread, Thread> hooks;
static synchronized void add(Thread hook) {
if(hooks == null)
throw new IllegalStateException("Shutdown in progress");
if (hook.isAlive())
throw new IllegalArgumentException("Hook already running");
if (hooks.containsKey(hook))
throw new IllegalArgumentException("Hook previously registered");
hooks.put(hook, hook);
}當(dāng)觸發(fā)虛擬機鉤子關(guān)閉時，其內(nèi)部就會針對hooks進行遍歷并按照如下邏輯處理：
- 將hook線程啟動，執(zhí)行hook邏輯
- 調(diào)用join確保該hook能夠準(zhǔn)確執(zhí)行完成
static void runHooks() {
Collection<Thread> threads;
synchronized(ApplicationShutdownHooks.class) {
threads = hooks.keySet();
hooks = null;
}
//遍歷hook線程啟動
for (Thread hook : threads) {
hook.start();
}
for (Thread hook : threads) {
while (true) {
try {
//調(diào)用join加入主線程確保當(dāng)前線程能夠正確執(zhí)行完成
hook.join();
break;
} catch (InterruptedException ignored) {
}
}
}
}當(dāng)所有關(guān)閉鉤子都執(zhí)行結(jié)束時，如果runFinalizersOnExit為true，那么JVM就會運行終結(jié)器finalizers，此時JVM并不會停止或者關(guān)閉仍然在運行的應(yīng)用線程。直到最終JVM結(jié)束，應(yīng)用線程才會被關(guān)閉，對應(yīng)的我們可以在源碼Shutdown的exit方法印證：
static void exit(int status) {
boolean runMoreFinalizers = false;
synchronized (lock) {
//......
case FINALIZERS:
if (status != 0) {
/* Halt immediately on nonzero status */
halt(status);
} else {
//......
//將runFinalizersOnExit賦值給runMoreFinalizers
runMoreFinalizers = runFinalizersOnExit;
}
break;
}
}
//如果runMoreFinalizers 為true，則運行終結(jié)器
if (runMoreFinalizers) {
runAllFinalizers();
halt(status);
}
//......
}2. 虛擬機鉤子串行化使用
需要注意的虛擬機鉤子注冊后的調(diào)用時機，當(dāng)JVM執(zhí)行關(guān)閉鉤子的時候，如果守護或者非守護線程也在運行，那么虛擬機鉤子就可能和這些線程并發(fā)的執(zhí)行，即虛擬機鉤子可能會并行的執(zhí)行一些工作，所以對于一些存在依賴性的共享數(shù)據(jù)操作，虛擬機鉤子要慎重使用。
例如我們用虛擬機鉤子將日志服務(wù)關(guān)閉，此時如果另外的虛擬機鉤子需要使用日志打印，可能就會報錯：
例如我們的日志框架LogService ，本質(zhì)上就是對于文件流的寫入和關(guān)閉：
static class LogService {
private static final BufferedWriter writer = FileUtil.getWriter("F:\\tmp\\log.txt", Charset.defaultCharset(), true);
@SneakyThrows
public void log(String msg) {//將數(shù)據(jù)寫入日志中
writer.write(msg);
}
public void close() {
try {
writer.close();
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}如下圖所說，若在虛擬機鉤子上注冊關(guān)閉打印和關(guān)閉日志框架的鉤子，就有可能出現(xiàn)打印鉤子拋出stream close的錯誤：
LogService logService = new LogService();
Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> {
//拋出stream close的錯誤
logService.log("hello world");
}));
/**
* 注冊虛擬機鉤子
*/
Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> {
//執(zhí)行一些應(yīng)用程序的資源關(guān)閉
logService.close();
}));總的來說，使用虛擬機鉤子必須注意：
- 虛擬機鉤子要保證線程安全，即針對共享資源做好同步把控
- 虛擬機鉤子盡量串行化執(zhí)行，且鉤子之間不可以有任何依賴
- 關(guān)閉鉤子應(yīng)該盡快的退出，因為它直接的決定的JVM退出的結(jié)束時間
二、守護線程
1. 守護線程的基本概念
很多人對守護線程都不陌生，對于守護線程大部分讀者都停留在JDK官方文檔所介紹的概念:
The Java Virtual Machine exits when the only threads running are all daemon threads.
文檔的意思是當(dāng)JVM中不存在任何一個正在運行的非守護線程時，JVM進程會直接退出。
讀起來很拗口對不對，沒關(guān)系，本文就會基于幾個代碼示例，讓你更深層次的理解守護線程。在此之前，讀者不妨自測一下，下面這幾道面試題：
- 守護線程和普通線程有什么區(qū)別？
- 守護線程默認(rèn)優(yōu)先級是多少？
- 若父線程為守護線程，在其內(nèi)部創(chuàng)建一個普通線程，父線程停止，子線程是否也會停止呢？
- 如何創(chuàng)建守護線程池？
- 守護線程使用有哪些注意事項？
2. 守護線程和普通線程的區(qū)別
要了解區(qū)別就先來了解一下兩者的使用，非守護線程，也就我們?nèi)粘?chuàng)建的普通線程，可以看到這段代碼創(chuàng)建了一個普通線程，在無限循環(huán)的定時輸出內(nèi)容，而主線程僅僅是輸出一段文字后就不做任何動作了。
public static void main(String[] args) {
Thread t = new Thread(() -> {
while (true) {
log.info("普通線程執(zhí)行了......");
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
t.start();
log.info("主線程運行結(jié)束");
}對應(yīng)的輸出結(jié)果如下，可以看到，即使主線程停止運行了，而非守護線程也仍然會在運行，也就是JDK官方文檔的字面含義，普通線程不停止，JVM就不停止運行：
12:44:57.022 [Thread-0] INFO com.sharkChili.webTemplate.Main - 普通線程執(zhí)行了......
12:44:57.022 [main] INFO com.sharkChili.webTemplate.Main - 主線程運行結(jié)束
12:45:02.031 [Thread-0] INFO com.sharkChili.webTemplate.Main - 普通線程執(zhí)行了......基于上述代碼，用setDaemon(true)將該線程設(shè)置為守護線程：
public static void main(String[] args) {
Thread t = new Thread(() -> {
while (true) {
log.info("守護線程執(zhí)行了......");
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
//設(shè)置當(dāng)前線程為守護線程
t.setDaemon(true);
t.start();
log.info("主線程運行結(jié)束");
}輸出結(jié)果如下，可以看到隨著主線程的消亡，守護線程也會隨之停止，不再運行，自此我相信讀者可以理解JDK官方文檔所說的那句話了，只要有一個普通線程在，JVM就不會退出，只要所有普通線程停止工作，JVM自動退出，守護線程也會自動結(jié)束。
12:44:23.239 [Thread-0] INFO com.sharkChili.webTemplate.Main - 守護線程執(zhí)行了......
12:44:23.239 [main] INFO com.sharkChili.webTemplate.Main - 主線程運行結(jié)束3. 守護線程和普通線程優(yōu)先級的區(qū)別
我們可以通過getPriority方法查看兩者的區(qū)別：
public static void main(String[] args) {
Thread t = new Thread(() -> {
log.info("守護線程優(yōu)先級:{}", Thread.currentThread().getPriority());
});
//設(shè)置當(dāng)前線程為守護線程
t.setDaemon(true);
t.start();
log.info("主線程運行結(jié)束,當(dāng)前線程運行優(yōu)先級:{}", Thread.currentThread().getPriority());
}從輸出結(jié)果來看，兩者的優(yōu)先級是一樣的，都為5：
12:54:36.344 [main] INFO com.sharkChili.webTemplate.Main - 主線程運行結(jié)束,當(dāng)前線程運行優(yōu)先級:5
12:54:36.344 [Thread-0] INFO com.sharkChili.webTemplate.Main - 守護線程優(yōu)先級:54. 父守護線程問題
我們創(chuàng)建了一個守護線程，在其runnable實現(xiàn)中創(chuàng)建一個子線程：
public static void main(String[] args) {
Thread parentThread = new Thread(() -> {
Thread childThread = new Thread(() -> {
while (true) {
log.info("子線程運行中，是否為守護線程:{}",Thread.currentThread().isDaemon());
try {
TimeUnit.HOURS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
childThread.start();
log.info("parentThread守護線程運行中");
});
//設(shè)置當(dāng)前線程為守護線程
parentThread.setDaemon(true);
parentThread.start();
log.info("主線程運行結(jié)束");
}從輸出結(jié)果來看，父線程為守護線程時，其內(nèi)部創(chuàng)建的子線程也為守護線程，所以隨著父線程的銷毀，子線程也會同步銷毀。
00:05:56.869 [Thread-1] INFO com.sharkChili.webTemplate.Main - 子線程運行中，是否為守護線程:true
00:05:56.869 [main] INFO com.sharkChili.webTemplate.Main - 主線程運行結(jié)束
00:05:56.869 [Thread-0] INFO com.sharkChili.webTemplate.Main - parentThread守護線程運行中5. 守護線程池的創(chuàng)建
public static void main(String[] args) {
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10, ThreadFactoryBuilder.create()
.setNamePrefix("worker-")
.setDaemon(true)
.build());
threadPool.execute(()->{
while (true){
try {
log.info("守護線程運行了");
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
log.info("主線程退出");
}6. 守護線程的使用場景
因為守護線程擁有自動結(jié)束自己生命周期的特性，當(dāng)JVM中沒有一個普通線程運行時，JVM會退出，即所有守護線程會自動停止，所以守護線程的使用場景可以有以下幾種：
- 垃圾回收線程就是典型的守護線程，在后臺進行垃圾對象回收的工作。
- 非核心業(yè)務(wù)工作可交由守護線程，例如:各類信息統(tǒng)計、服務(wù)監(jiān)控等，一旦進程結(jié)束運行則這些守護線程停止工作。
7. 守護線程注意事項
- 復(fù)雜計算、資源回收這種不建議使用守護線程。
- setDaemon要在start方法前面，否者該設(shè)置會不生效。
三、finalize關(guān)閉的哲學(xué)
1. 基本介紹
針對一些系統(tǒng)資源例如文件句柄或者套接字句柄，當(dāng)不需要它們時，垃圾回收器定義了finalize方法進行一些資源關(guān)閉，一旦垃圾回收器回收這些對象之后，對應(yīng)的資源就會調(diào)用finalize釋放。
例如FileInputStream的finalize方法，它就會檢查當(dāng)前文件句柄是否非空，然后顯示的調(diào)用一下close方法：
protected void finalize() throws IOException {
if ((fd != null) && (fd != FileDescriptor.in)) {
//關(guān)閉文件句柄
close();
}
}2. 終結(jié)器注意事項和正確資源關(guān)閉姿勢
需要注意的finalize在JVM運行中可能會執(zhí)行也可能不會執(zhí)行，JVM對此無法做出保證，所以它運行時存著極端的不確定性，所以進行資源關(guān)閉時，我們非常不建議使用finalize。
正確的一些系統(tǒng)資源關(guān)閉回收，筆者更建議是使用階段采用try-with-resource手動關(guān)閉資源：
//使用try-with-resource手動關(guān)閉資源
try(BufferedReader reader = FileUtil.getUtf8Reader("filePahth")){
System.out.println(reader.readLine());
}catch (Exception e){
//異常處理
}
