JAVA併發編程--守護線程(Damon Thread)

在Java中有兩類線程:用戶線程 (User Thread)、守護線程 (Daemon Thread)。

所謂守護 線程,是指在程序運行的時候在後臺提供一種通用服務的線程,比如垃圾回收線程就是一個很稱職的守護者,並且這種線程並不屬於程序中不可或缺的部分。因此,當所有的非守護線程結束時,程序也就終止了,同時會殺死進程中的所有守護線程。反過來說,只要任何非守護線程還在運行,程序就不會終止。

用戶線程和守護線程兩者幾乎沒有區別,唯一的不同之處就在於虛擬機的離開:如果用戶線程已經全部退出運行了,只剩下守護線程存在了,虛擬機也就退出了。 因爲沒有了被守護者,守護線程也就沒有工作可做了,也就沒有繼續運行程序的必要了。

將線程轉換爲守護線程可以通過調用Thread對象的setDaemon(true)方法來實現。在使用守護線程時需要注意一下幾點:

(1) thread.setDaemon(true)必須在thread.start()之前設置,否則會跑出一個IllegalThreadStateException異常。你不能把正在運行的常規線程設置爲守護線程。 

(2) 在Daemon線程中產生的新線程也是Daemon的。

(3) 守護線程應該永遠不去訪問固有資源,如文件、數據庫,因爲它會在任何時候甚至在一個操作的中間發生中斷。

在Java中有兩類線程:User Thread(用戶線程)、Daemon Thread(守護線程) 

用個比較通俗的比如,任何一個守護線程都是整個JVM中所有非守護線程的保姆:

只要當前JVM實例中尚存在任何一個非守護線程沒有結束,守護線程就全部工作;只有當最後一個非守護線程結束時,守護線程隨着JVM一同結束工作。
Daemon的作用是爲其他線程的運行提供便利服務,守護線程最典型的應用就是 GC (垃圾回收器),它就是一個很稱職的守護者。

User和Daemon兩者幾乎沒有區別,唯一的不同之處就在於虛擬機的離開:如果 User Thread已經全部退出運行了,只剩下Daemon Thread存在了,虛擬機也就退出了。 因爲沒有了被守護者,Daemon也就沒有工作可做了,也就沒有繼續運行程序的必要了。

值得一提的是,守護線程並非只有虛擬機內部提供,用戶在編寫程序時也可以自己設置守護線程。下面的方法就是用來設置守護線程的。


Thread daemonTread = new Thread();
 
  // 設定 daemonThread 爲 守護線程,default false(非守護線程)
 daemonThread.setDaemon(true);
 
 // 驗證當前線程是否爲守護線程,返回 true 則爲守護線程
 daemonThread.isDaemon();

因爲你不可能知道在所有的User完成之前,Daemon是否已經完成了預期的服務任務。一旦User退出了,可能大量數據還沒有來得及讀入或寫出,計算任務也可能多次運行結果不一樣。這對程序是毀滅性的。造成這個結果理由已經說過了:一旦所有User Thread離開了,虛擬機也就退出運行了。


//完成文件輸出的守護線程任務
import java.io.*;   
  
class TestRunnable implements Runnable{   
    public void run(){   
               try{   
                  Thread.sleep(1000);//守護線程阻塞1秒後運行   
                  File f=new File("daemon.txt");   
                  FileOutputStream os=new FileOutputStream(f,true);   
                  os.write("daemon".getBytes());   
           }   
               catch(IOException e1){   
          e1.printStackTrace();   
               }   
               catch(InterruptedException e2){   
                  e2.printStackTrace();   
           }   
    }   
}   
public class TestDemo2{   
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException   
    {   
        Runnable tr=new TestRunnable();   
        Thread thread=new Thread(tr);   
                thread.setDaemon(true); //設置守護線程   
        thread.start(); //開始執行分進程   
    }   
}   
//運行結果:文件daemon.txt中沒有"daemon"字符串。

看到了吧,把輸入輸出邏輯包裝進守護線程多麼的可怕,字符串並沒有寫入指定文件。原因也很簡單,直到主線程完成,守護線程仍處於1秒的阻塞狀態。這個時候主線程很快就運行完了,虛擬機退出,Daemon停止服務,輸出操作自然失敗了。


public class Test {
  public static void main(String args) {
  Thread t1 = new MyCommon();
  Thread t2 = new Thread(new MyDaemon());
  t2.setDaemon(true); //設置爲守護線程
  t2.start();
  t1.start();
  }
  }
  class MyCommon extends Thread {
  public void run() {
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
  System.out.println("線程1第" + i + "次執行!");
  try {
  Thread.sleep(7);
  } catch (InterruptedException e) {
  e.printStackTrace();
  }
  }
  }
  }

class MyDaemon implements Runnable {
  public void run() {
  for (long i = 0; i < 9999999L; i++) {
  System.out.println("後臺線程第" + i + "次執行!");
  try {
  Thread.sleep(7);
  } catch (InterruptedException e) {
  e.printStackTrace();
  }
  }
  }
  }

      後臺線程第0次執行!
  線程1第0次執行!
  線程1第1次執行!
  後臺線程第1次執行!
  後臺線程第2次執行!
  線程1第2次執行!
  線程1第3次執行!
  後臺線程第3次執行!
  線程1第4次執行!
  後臺線程第4次執行!
  後臺線程第5次執行!
  後臺線程第6次執行!
  後臺線程第7次執行!
  Process finished with exit code 0
  從上面的執行結果可以看出:
  前臺線程是保證執行完畢的,後臺線程還沒有執行完畢就退出了。

  實際上:JRE判斷程序是否執行結束的標準是所有的前臺執線程行完畢了,而不管後臺線程的狀態,因此,在使用後臺縣城時候一定要注意這個問題。 

補充說明:
定義:守護線程--也稱“服務線程”,在沒有用戶線程可服務時會自動離開。
優先級:守護線程的優先級比較低,用於爲系統中的其它對象和線程提供服務。
設置:通過setDaemon(true)來設置線程爲“守護線程”;將一個用戶線程設置爲
守護線程的方式是在 線程對象創建 之前 用線程對象的setDaemon方法。
example: 垃圾回收線程就是一個經典的守護線程,當我們的程序中不再有任何運行的
Thread,程序就不會再產生垃圾,垃圾回收器也就無事可做,所以當垃圾回收線程是
JVM上僅剩的線程時,垃圾回收線程會自動離開。它始終在低級別的狀態中運行,用於
實時監控和管理系統中的可回收資源。
生命週期:守護進程(Daemon)是運行在後臺的一種特殊進程。它獨立於控制終端並且
週期性地執行某種任務或等待處理某些發生的事件。也就是
說守護線程不依賴於終端,但是依賴於系統,與系統“同生共死”。那Java的守護線程是
什麼樣子的呢。當JVM中所有的線程都是守護線程的時候,JVM就可以退出了;如果還有一個
或以上的非守護線程則JVM不會退出。


實際應用例子:

在使用長連接的comet服務端推送技術中,消息推送線程設置爲守護線程,服務於ChatServlet的servlet用戶線程,在servlet的init啓動消息線程,servlet一旦初始化後,一直存在服務器,servlet摧毀後,消息線程自動退出

容器收到一個Servlet請求,調度線程從線程池中選出一個工作者線程,將請求傳遞給該工作者線程,然後由該線程來執行Servlet的 service方法。當這個線程正在執行的時候,容器收到另外一個請求,調度線程同樣從線程池中選出另一個工作者線程來服務新的請求,容器並不關心這個請求是否訪問的是同一個Servlet.當容器同時收到對同一個Servlet的多個請求的時候,那麼這個Servlet的service()方法將在多線程中併發執行。
Servlet容器默認採用單實例多線程的方式來處理請求,這樣減少產生Servlet實例的開銷,提升了對請求的響應時間,對於Tomcat可以在server.xml中通過<Connector>元素設置線程池中線程的數目。
如圖:

 


爲什麼要用守護線程?我們知道靜態變量是ClassLoader級別的,如果Web應用程序停止,這些靜態變量也會從JVM中清除。但是線程則是JVM級別的,如果你在Web 應用中啓動一個線程,這個線程的生命週期並不會和Web應用程序保持同步。也就是說,即使你停止了Web應用,這個線程依舊是活躍的。正是因爲這個很隱晦 的問題,所以很多有經驗的開發者不太贊成在Web應用中私自啓動線程。

如果我們手工使用JDK Timer(Quartz的Scheduler),在Web容器啓動時啓動Timer,當Web容器關閉時,除非你手工關閉這個Timer,否則Timer中的任務還會繼續運行!

下面通過一個小例子來演示這個“詭異”的現象,我們通過ServletContextListener在Web容器啓動時創建一個Timer並週期性地運行一個任務:

//代碼清單StartCycleRunTask:容器監聽器
package com.baobaotao.web;
import java.util.Date;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
import javax.servlet.ServletContextEvent;
import javax.servlet.ServletContextListener;
public class StartCycleRunTask implements ServletContextListener ...{
    private Timer timer;
    public void contextDestroyed(ServletContextEvent arg0) ...{
        // ②該方法在Web容器關閉時執行
        System.out.println("Web應用程序啓動關閉...");
    }
    public void contextInitialized(ServletContextEvent arg0) ...{
         //②在Web容器啓動時自動執行該方法
        System.out.println("Web應用程序啓動...");
        timer = new Timer();//②-1:創建一個Timer,Timer內部自動創建一個背景線程
        TimerTask task = new SimpleTimerTask();
        timer.schedule(task, 1000L, 5000L); //②-2:註冊一個5秒鐘運行一次的任務
    }
}
class SimpleTimerTask extends TimerTask ...{//③任務
    private int count;
    public void run() ...{
        System.out.println((++count)+"execute task..."+(new Date()));
    }
}

在web.xml中聲明這個Web容器監聽器:<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app>

<listener>
<listener-class>com.baobaotao.web.StartCycleRunTask</listener-class>
</listener>
</web-app>

在Tomcat中部署這個Web應用並啓動後,你將看到任務每隔5秒鐘執行一次。
運行一段時間後,登錄Tomcat管理後臺,將對應的Web應用(chapter13)關閉。

轉到Tomcat控制檯,你將看到雖然Web應用已經關閉,但Timer任務還在我行我素地執行如故——舞臺已經拆除,戲子繼續表演:

我們可以通過改變清單StartCycleRunTask的代碼,在contextDestroyed(ServletContextEvent arg0)中添加timer.cancel()代碼,在Web容器關閉後手工停止Timer來結束任務。

Spring爲JDK Timer和Quartz Scheduler所提供的TimerFactoryBean和SchedulerFactoryBean能夠和Spring容器的生命週期關聯,在 Spring容器啓動時啓動調度器,而在Spring容器關閉時,停止調度器。所以在Spring中通過這兩個FactoryBean配置調度器,再從 Spring IoC中獲取調度器引用進行任務調度將不會出現這種Web容器關閉而任務依然運行的問題。而如果你在程序中直接使用Timer或Scheduler,如不 進行額外的處理,將會出現這一問題。

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