守护线程是什么？

发表于 2024-10-04 更新于 2024-10-03 分类于 Java 阅读次数：本文字数： 3k 阅读时长 ≈ 3 分钟

你好，我是猿java。

守护线程（Daemon Thread）是计算机编程中的一个重要概念，特别是在多线程编程中，它们通常用于执行某些在程序运行期间需要持续运行的后台任务。这个概念最初是在Java语言中引入的，但后来被广泛应用于其他编程语言中。这篇文章，我们来详细讨论一下守护线程的特点、使用场景、优缺点、以及一些相关的技术细节。

定义与特点

后台运行：守护线程通常在后台运行，默默地为应用程序提供服务。它们通常用于执行无须用户直接交互的任务，例如监控资源、执行定时任务、垃圾回收等。
生命周期：守护线程的生命周期与程序的主线程密切相关。当所有的非守护线程（即用户线程）结束时，虚拟机会自动退出运行，不管守护线程是否仍在运行。因此，守护线程无法阻止应用程序的退出。
优先级低：由于它们主要用于提供一些服务功能，守护线程一般被设置为较低的优先级。这确保了它们不会与用户线程抢占资源。如果系统资源紧张，守护线程可能就得不到及时的调度。

如何创建守护线程？

在 Java中，创建一个守护线程非常简单，你只需要在启动线程之前调用线程实例的 setDaemon(true) 方法：

Thread thread = new Thread(() -> {
  // 代码省略
});
thread.setDaemon(true);
thread.start();

需要注意的是，必须在调用 start() 方法之前设置线程为守护线程，否则会抛出 IllegalThreadStateException。

如何关闭守护线程？

关闭守护线程通常是不需要显式进行的，因为守护线程的设计目的就是在所有非守护线程完成后自动终止。然而，在某些情况下，你可能需要或希望手动控制守护线程的生命周期，以便于确保资源的正确释放或清理操作的完成。这里有一些方法可以更好地控制和关闭守护线程：

使用标志变量

这是最常见的方法之一。通过一个共享的标志变量，让线程在符合条件时自行结束。

Thread thread = new Thread(() -> {
    while (running) {
    }
});

thread.setDaemon(true);
thread.start();

// 模拟主线程工作
Thread.sleep(5000);
running = false; // 通知守护线程终止

在这个例子中，通过设置 running 标志变量为 false，可以通知守护线程结束其工作循环，从而实现对线程的控制和关闭。

使用`interrupt`方法

使用 interrupt 来中断线程也是一种方法。虽然 interrupt 方法并不会直接关闭线程，但它会设置线程的中断状态，并可以用来中断正处于 wait、sleep 或 join 状态的线程。

Thread thread = new Thread(() -> { });
thread.setDaemon(true);
thread.start();

// 模拟主线程的工作
Thread.sleep(5000);
thread.interrupt(); // 请求守护线程中断

在这个例子中，通过调用 interrupt() 方法，可以请求守护线程终止执行。线程会捕获到 InterruptedException 并在其处理代码中从循环退出。

资源自动管理

有时候，守护线程可能依赖于某些资源，如果这些资源不再可用，线程自然也应该结束。例如，如果一个守护线程正在处理网络连接，当连接关闭时，可以结束线程。

try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080)) {
    Thread thread = new Thread(() -> { // 其他代码 });
    thread.setDaemon(true);
    thread.start();

    // 模拟主线程工作
    Thread.sleep(5000);
} catch(Exception e){}

上面的例子展示了如何使用资源自动管理来关闭守护线程。当 ServerSocket 被关闭时，接下来的 accept() 调用将失败，导致线程终止。

使用专门的线程池管理

对于更为复杂的应用，特别是涉及到多个守护线程的情况，使用线程池可以帮助更好地管理线程的生命周期。Java 提供了 ExecutorService，我们可以通过调用 shutdown() 或 shutdownNow() 方法来终止线程池中运行的线程。

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor(r -> {
    Thread t = new Thread(r);
    t.setDaemon(true);
    return t;
});

executorService.submit(() -> { });

// 请求关闭线程池
executorService.shutdown();
try {
    if (!executorService.awaitTermination(1, TimeUnit.SECONDS)) {
        executorService.shutdownNow();
    }
} catch (InterruptedException e) {
    executorService.shutdownNow();
}

使用线程池的好处是可以更灵活地控制多个任务的执行和终止，并且可以方便地重用线程。

守护线程的使用场景

垃圾回收：在Java中，垃圾回收线程就是一个典型的守护线程。它持续监控对象的使用情况，并回收不再被引用的对象，以释放内存。
日志记录：某些应用程序可能希望持续记录日志信息到文件或外部系统，这种记录操作可以由守护线程来处理，以便不会干扰主业务逻辑。
心跳机制：在分布式系统中，守护线程常常用于实现心跳机制，以监控系统组件是否正常工作。
定时任务调度：守护线程可以用于调度和执行一些定时任务，如定时清理、数据同步等。
后台计算：一些耗时的计算或者需要持续运行的后台计算也适合使用守护线程。

优缺点

优点

自动退出：守护线程不会阻止JVM退出，这使得在某些情况下程序可以更优雅地停止运行，而不需要显式地停止所有后台任务。
资源管理：通过让后台服务在守护线程中运行，资源可以更高效地进行管理和调度。
简单实现：通过简单的标记即可将线程转为守护线程模式，使用方便。

缺点

数据损坏：由于守护线程会在所有用户线程结束时突然被终止，这可能导致尚未完成的任务被强行中断，可能会造成数据的不一致或损坏。
不适合关键任务：因为它们可能随时在没有预警的状态下被终止，不适合用来处理关键任务或需要确保执行完成的工作。
调试困难：由于其后台运行的特性，调试和排查问题可能变得更具挑战性。

总结

守护线程在多线程编程中扮演着重要的角色，为应用程序提供了灵活和方便的后台服务。尽管与用户线程相比有其局限性，但它们在合适的场景下可以显著提高应用程序的效率和可维护性。在使用守护线程时，需要仔细考虑任务的重要性和一致性，以避免因为守护线程的提前终止对应用程序造成负面影响。

学习交流

如果你觉得文章有帮助，请帮忙转发给更多的好友，或关注公众号：猿java，持续输出硬核文章。