如何优雅关闭Java线程？

1 线程取消机制的意义

开启一个线程很容易。绝大多数时间，都会让它们自己运行直到结束。但有时希望提前结束线程。

1.1 哪些情况需提前结束

• 用户请求取消 用户点击前端的“取消”按钮或接口调用发出取消请求（如JMX）
• 有时间限制 如某应用要在有限时间内搜索问题空间，并在这个时间内选择最佳的解决方案。当计时器超时，需取消所有正在搜索的任务
• 应用程序事件 如应用程序对某个问题空间进行分解并搜索，从而使不同的任务可以搜索问题空间中的不同区域。当其中一一个任务找到了解决方案时，所有其他仍在搜索的任务都将被取消
• 错误 网页爬虫程序搜索相关的页面，并将页面或摘要数据保存到硬盘。当一个爬虫任务 发生错误时(例如，磁盘空间已满)，那么所有搜索任务都会取消，此时可能会记录它们的当前状态，以便稍后重启
• 关闭 当一个程序或服务关闭，须对正在处理和等待处理的工作执行某种操作。在平缓的关闭过程中，当前正在执行的任务将继续执行直到完成，而在立即关闭过程中，当前的任务则可能取消

Java中没有安全的抢占式方法停止线程，只有一些协作式机制，使请求取消的任务和代码都遵循一种既定协议。其中一种协作机制能设置某个“已请求取消(Cancellation Requested)” 标志，而任务将定期查看该标志。若设置了该标志，则任务将提前结束。

要使任务和线程能安全、快速、可靠停止，很难。Java没有机制能安全终止线程。

曾经的 Thread.stop 和 suspend 问题很大，禁止使用！

但Java提供中断(Interruption)这种协作机制，能使一个线程终止另一个线程的当前工作。

很少会希望某任务、线程或服务立即停止，因为这种立即停止会使共享的数据结构处于不一致状态。在编写任务和服务时可使用这样的协作：需停止时，首先清除当前正在执行的工作，然后再结束。这提供更好灵活性，因为任务本身代码比发出取消请求的代码更清楚如何善后。

生命周期结束(End-of-Lifecycle) 的问题会使任务、服务以及程序的设计和实现等过程变 得复杂，而这个在程序设计中非常重要的要素却经常被忽略。 行为良好的软件与勉强运行的软件之间的最主要区别就是，行为良好的软件能很完善地处理失败、关闭和取消等过程。

2 任务取消的方案

2.1 标记位

如使用volatile域保存取消状态标识：

一个可取消的任务须有取消策略(CancellationPolicy)，策略中详细定义：

• 其他代码如何(How)请求取消该任务
• 任务在何时(When)检查是否已请求取消
• 在响应取消请求时，应执行哪些(What) 操作

如停止支付(Stop-Payment) 支票。银行会规定如何提交一个停止支付的请求，处理这些请求时，需做出哪些响应性保证，及当支付中断后需遵守哪些流程(如通知该事务中涉及的其他银行及对付款人的账户进行费用评估)。这些流程和保证放在一起就构成了支票支付的取消策略。

PrimeGenerator使用一种简单取消策略：客户代码通过调用cancel来请求取消，PrimeGenerator在每次搜索素数前首先检查是否存在取消请求，若存在则退出。

2.2 中断

如下会死锁，线程根本不会停止：

class BrokenPrimeProducer extends Thread {
  
    private final BlockingQueue<BigInteger> queue;
  
    private volatile boolean cancelled = false;
​
    BrokenPrimeProducer(BlockingQueue<BigInteger> queue) {
        this.queue = queue;
    }
​
    public void run() {
        try {
            BigInteger p = BigInteger.ONE;
            while (!cancelled)
                queue.put(p = p.nextProbablePrime());
        } catch (InterruptedException consumed) {
        }
    }
​
    public void cancel() {
        cancelled = true;
    }
}

• interrupt：中断目标线程
• isInterrupted：返回目标线程的中断状态
• 静态interrupted：清除当前线程的中断状态，并返回之前的值

大多数可中断的阻塞方法会在入口处检查中断状态。

理解中断操作（调用interrupt）

不会真正的中断一个正运行线程，只是发出中断请求，然后由线程在下一个合适时机中断自己。如wait、sleep、join方法，当他们收到中断请求或开始执行时，发现某已被设置好的中断状态，则抛interruptedException。

每个线程都有个boolean类型的中断状态。调用Thread.interrupt，该值被设置为true，Thread.interruptted可恢复中断。

• 阻塞方法，如sleep和wait、join都会检查中断，且发现中断则提前返回，他们会清除中断状态，并抛InterruptedException
• 但其他方法，interrupt传递中断的请求消息，不会使线程中断，需由线程在下一个合适时机中断自己

通常用中断是取消的最合理实现方案。

优化上面案例：

public class PrimeProducer extends Thread {
  
    private final BlockingQueue<BigInteger> queue;
​
    PrimeProducer(BlockingQueue<BigInteger> queue) {
        this.queue = queue;
    }
​
    public void run() {
        try {
            BigInteger p = BigInteger.ONE;
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted())
                queue.put(p = p.nextProbablePrime());
        } catch (InterruptedException consumed) {
            /* Allow thread to exit */
        }
    }
​
    public void cancel() {
        interrupt();
    }
}

3 中断策略

发生中断，需尽快退出执行流程，并把中断信息传递给调用者，从而使调用栈中的上层代码可采取进一步操作。当然任务也可不需要放弃所有操作，可推迟处理中断清除，直到某合适时机。

4 响应中断

• 传递异常
• 回复中断状态

public class NoncancelableTask {
    public Task getNextTask(BlockingQueue<Task> queue) {
        boolean interrupted = false;
        try {
            while (true) {
                try {
                    return queue.take();
                } catch (InterruptedException e) {
                    interrupted = true;
                    // fall through and retry
                }
            }
        } finally {
            if (interrupted)
                Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
​
    interface Task {
    }
}

5 两阶段终止模式

终止过程分成：

• 一阶段，线程T1向线程T2发送终止指令
• 二阶段，线程T2响应终止指令

Java里的终止指令是啥？

出自和面试官讲完Java线程状态，当场发了offer!

Java线程进入Terminated前提是线程进入RUNNABLE。而线程当前可能为任何状态，如休眠。要想终止这样的线程，先将其状态休眠=》RUNNABLE。这就得靠Thread#interrupt()。

线程转到RUNNABLE后，如何再将其终止？RUNNABLE=》Terminated。

优雅方案就是让Java线程自己执行完run()。一般就是设置个标志位，然后线程在合适时机检查该标志位，若发现符合终止条件，则自动退出run()。该过程就是第二阶段：响应终止指令。

综上，终止指令的关键：interrupt()，线程的终止标志位。

• 仅检查终止标志位不够，因为线程状态当前可能处于休眠
• 仅检查线程的中断状态也不够，因为依赖的第三方类库很可能没有正确处理中断异常

6 优雅终止线程池

线程池提供两个方法：

6.1 shutdown()

保守关闭线程池的方法。线程池执行shutdown()后，就会拒绝接收新任务，但会等待线程池中正执行的任务和已进入阻塞队列的任务，都执行完后才最终关闭线程池

6.2 shutdownNow()

相对激进，线程池执行shutdownNow()后，会拒绝接收新任务，同时中断线程池中正执行的任务，已进入阻塞队列的任务也会被剥夺执行机会，不过这些被剥夺执行机会的任务会作为shutdownNow()返回值返回。因为shutdownNow()会中断正执行的线程，所以提交到线程池的任务，若优雅结束，就需正确处理线程中断。

若提交到线程池的任务不允许取消，就不能使用shutdownNow()。但是，若提交到线程池的任务允许后续补偿重新执行，也是可以使用shutdownNow()的。

这俩本质使用的都是两阶段终止模式，只是终止指令的范围不同：

• 前者只影响阻塞队列接收任务
• 后者范围扩大到线程池中所有任务