守護線程與用戶線程

1. 前言

本節內容主要是對守護線程與用戶線程進行深入的講解，具體內容點如下：

• 了解守護線程與用戶線程的定義及區別，使我們學習本節內容的基礎知識點；
• 了解守護線程的特點，是我們掌握守護線程的第一步；
• 掌握守護線程的創建，是本節內容的重點；
• 通過守護線程與 JVM 的退出實驗，更加深入的理解守護線程的地位以及作用，為本節內容次重點；
• 了解守護線程的作用及使用場景，為后續開發過程中提供守護線程創建的知識基礎。

2. 守護線程與用戶線程的定義及區別

Java 中的線程分為兩類，分別為 daemon 線程（守護線程〉和 user 線程（用戶線程）。

在 JVM 啟動時會調用 main 函數， main 函數所在的線程就是一個用戶線程，其實在 JVM 內部同時還啟動了好多守護線程，比如垃圾回收線程。

守護線程定義：所謂守護線程，是指在程序運行的時候在后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，并且這種線程并不屬于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。

用戶線程定義：某種意義上的主要用戶線程，只要有用戶線程未執行完畢，JVM 虛擬機不會退出。

區別：在本質上，用戶線程和守護線程并沒有太大區別，唯一的區別就是當最后一個非守護線程結束時，JVM 會正常退出，而不管當前是否有守護線程，也就是說守護線程是否結束并不影響 JVM 的退出。

言外之意，只要有一個用戶線程還沒結束， 正常情況下 JVM 就不會退出。

3. 守護線程的特點

Java 中的守護線程和 Linux 中的守護進程是有些區別的，Linux 守護進程是系統級別的，當系統退出時，才會終止。

而 Java 中的守護線程是 JVM 級別的，當 JVM 中無任何用戶進程時，守護進程銷毀，JVM 退出，程序終止。總結來說，Java 守護進程的最主要的特點有:

• 守護線程是運行在程序后臺的線程；
• 守護線程創建的線程，依然是守護線程；
• 守護線程不會影響 JVM 的退出，當 JVM 只剩余守護線程時，JVM 進行退出；
• 守護線程在 JVM 退出時，自動銷毀。

4. 守護線程的創建

創建方式：將線程轉換為守護線程可以通過調用 Thread 對象的 setDaemon (true) 方法來實現。

創建細節：

• thread.setDaemon (true) 必須在 thread.start () 之前設置，否則會跑出一個 llegalThreadStateException 異常。你不能把正在運行的常規線程設置為守護線程；
• 在 Daemon 線程中產生的新線程也是 Daemon 的；
• 守護線程應該永遠不去訪問固有資源，如文件、數據庫，因為它會在任何時候甚至在一個操作的中間發生中斷。

線程創建代碼示例：

public class DemoTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread threadOne = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //代碼執行邏輯
            }
        });
        threadOne.setDaemon(true); //設置threadOne為守護線程
        threadOne. start();
    }
}

5. 守護線程與 JVM 的退出實驗

為了更好的了解守護線程與 JVM 是否退出的關系，我們首先來設計一個守護線程正在運行，但用戶線程執行完畢導致的 JVM 退出的場景。

場景設計：

• 創建 1 個線程，線程名為 threadOne；
• run 方法線程 sleep 1000 毫秒后，進行求和計算，求解 1 + 2 + 3 + … + 100 的值；
• 將線程 threadOne 設置為守護線程；
• 執行代碼，最終打印的結果；
• 加入 join 方法，強制讓用戶線程等待守護線程 threadOne；
• 執行代碼，最終打印的結果。

期望結果：

• 未加入 join 方法之前，threadOne 不能執行求和邏輯，無打印輸出，因為 main 函數線程執行完畢后，JVM 退出，守護線程也就隨之死亡，無打印結果；
• 加入 join 方法后，可以打印求和結果，因為 main 函數線程需要等待 threadOne 線程執行完畢后才繼續向下執行，main 函數執行完畢，JVM 退出。

Tips：main 函數就是一個用戶線程，main 方法執行時，只有一個用戶線程，如果 main 函數執行完畢，用戶線程銷毀，JVM 退出，此時不會考慮守護線程是否執行完畢，直接退出。

代碼實現 - 不加入 join 方法：

public class DemoTest {
    public static void main(String[] args){
        Thread threadOne = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                int sum = 0;
                for (int i = 1; i  <= 100; i++) {
                    sum = sum + i;
                }
                System.out.println("守護線程，最終求和的值為： " + sum);
            }
        });
        threadOne.setDaemon(true); //設置threadOne為守護線程
        threadOne. start();
        System.out.println("main 函數線程執行完畢， JVM 退出。");
    }
}

執行結果驗證：

main 函數線程執行完畢， JVM 退出。

從結果上可以看到，JVM 退出了，守護線程還沒來得及執行，也就隨著 JVM 的退出而消亡了。

代碼實現 - 加入 join 方法：

public class DemoTest {
    public static void main(String[] args){
        Thread threadOne = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                int sum = 0;
                for (int i = 1; i  <= 100; i++) {
                    sum = sum + i;
                }
                System.out.println("守護線程，最終求和的值為： " + sum);
            }
        });
        threadOne.setDaemon(true); //設置threadOne為守護線程
        threadOne. start();
        try {
            threadOne.join(); // 加入join 方法
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("main 函數線程執行完畢， JVM 退出。");
    }
}

執行結果驗證：

守護線程，最終求和的值為： 5050
main 函數線程執行完畢， JVM 退出。

從結果來看，守護線程不決定 JVM 的退出，除非強制使用 join 方法使用戶線程等待守護線程的執行結果，但是實際的開發過程中，這樣的操作是不允許的，因為守護線程，默認就是不需要被用戶線程等待的，是服務于用戶線程的。

6. 守護線程的作用及使用場景

作用：我們以 GC 垃圾回收線程舉例，它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，用于實時監控和管理系統中的可回收資源。

應用場景：

• 為其它線程提供服務支持的情況，可選用守護線程；
• 根據開發需求，程序結束時，這個線程必須正常且立刻關閉，就可以作為守護線程來使用；
• 如果一個正在執行某個操作的線程必須要執行完畢后再釋放，否則就會出現不良的后果的話，那么這個線程就不能是守護線程，而是用戶線程；
• 正常開發過程中，一般心跳監聽，垃圾回收，臨時數據清理等通用服務會選擇守護線程。

7. 小結

掌握用戶線程和守護線程的區別點非常重要，在實際的工作開發中，對一些服務型，通用型的線程服務可以根據需要選擇守護線程進行執行，這樣可以減少 JVM 不可退出的現象，并且可以更好地協調不同種類的線程之間的協作，減少守護線程對高優先級的用戶線程的資源爭奪，使系統更加的穩定。

本節的重中之重是掌握守護線程的創建以及創建需要注意的事項，了解守護線程與用戶線程的區別使我們掌握守護線程的前提。