一、前言

線程池技術(shù)是服務(wù)器端開發(fā)中常用的技術(shù)。不論是直接還是間接，各種服務(wù)器端功能的執(zhí)行總是離不開線程池的調(diào)度。關(guān)于線程池的各種文章，多數(shù)是關(guān)注任務(wù)的創(chuàng)建和執(zhí)行方面，對(duì)于異常處理和任務(wù)取消（包括線程池關(guān)閉）關(guān)注的偏少。

接下來，本文將從 Java 原生線程、兩種主要線程池ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor這三方面介紹 Java 中線程的異常處理機(jī)制。

二、Thread

在談線程池的異常處理之前，我們先來看 Java 中線程中的異常是如何被處理的。大家都知道如何創(chuàng)建一個(gè)線程任務(wù)：

代碼1

Thread t =newThread(() -> System.out.println("Execute in a thread"));

t.start();

為了簡(jiǎn)化代碼，這里使用了 Java 8 的 Lambda 表達(dá)式。() -> System.out.println("Execute in a thread")等同于在Runnable中執(zhí)行System.out.println方法。后面不再解釋。

如果這個(gè)任務(wù)拋出了異常，那又會(huì)怎樣：

代碼2

Thread t =newThread(() -> System.out.println(1/0));

t.start();

如果我們執(zhí)行上面這段代碼，會(huì)在控制臺(tái)上看到異常輸出。可能多數(shù)同學(xué)會(huì)對(duì)此不會(huì)覺得問題，但是問題在于，通常情況下絕大多數(shù)線上應(yīng)用不會(huì)將控制臺(tái)作為日志輸出地址，而是另有日志輸出。這種情況下，上面的代碼所拋出異常便會(huì)丟失。

那為了將異常輸出到日志中，我們會(huì)這樣寫代碼：

代碼3

Thread t =newThread(() -> {

try{

System.out.println(1/0);

}catch(Exceptione) {

? ? ? ? LOGGER.error(e.getMessage(), e);

? ? }

});

t.start();

這樣我們就能異常棧輸出到日志中，而不是控制臺(tái)，從而避免異常的丟失。

過了一段時(shí)間，問題又來了，可能好多線程任務(wù)默認(rèn)的異常處理機(jī)制都是相同的。比如都是將異常輸出到日志文件。按照上面的寫法會(huì)造成重復(fù)代碼。雖然重復(fù)的不多，但是有代碼潔癖的小伙伴可能也會(huì)覺得不舒服。

那我們?cè)撊绾谓鉀Q這個(gè)問題呢？其實(shí) JDK 已經(jīng)為我們想到了，Thread類中有個(gè)接口UncaughtExceptionHandler。通過實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口，并調(diào)用Thread.setUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler)方法，我們就能為一個(gè)線程設(shè)置默認(rèn)的異常處理機(jī)制，避免重復(fù)的try...catch了。

除此以外，我們還可以通過Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(UncaughtExceptionHandler)設(shè)置全局的默認(rèn)異常處理機(jī)制。此外，ThreadGroup也實(shí)現(xiàn)了UncaughtExceptionHandler接口，所以通過ThreadGroup還可以為一組線程設(shè)置默認(rèn)的異常處理機(jī)制。

其實(shí)，之所以代碼2在執(zhí)行之后我們能在控制臺(tái)上看到異常，也是因?yàn)閁ncaughtExceptionHandler機(jī)制。ThreadGroup默認(rèn)提供了異常處理機(jī)制如下：

代碼4

publicvoiduncaughtException(Thread t, Throwable e){

if(parent!=null) {

parent.uncaughtException(t, e);

}else{

? ? ? ? Thread.UncaughtExceptionHandler ueh =

? ? ? ? ? ? Thread.getDefaultUncaughtExceptionHandler();

if(ueh !=null) {

? ? ? ? ? ? ueh.uncaughtException(t, e);

}elseif(!(einstanceofThreadDeath)) {

// 最終執(zhí)行如下代碼

System.err.print("Exception in thread \""

+ t.getName() +"\" ");

? ? ? ? ? ? e.printStackTrace(System.err);

? ? ? ? }

? ? }

}

三、ThreadPoolExecutor

在 Java 5 發(fā)布之后，線程池便開始越來越廣泛地用于創(chuàng)建并發(fā)任務(wù)。多數(shù)時(shí)候，當(dāng)說到 Java 的線程池時(shí)，我們一般指的就是ThreadPoolExecutor。那在ThreadPoolExecutor中是如何處理異常的呢？

代碼5

Executors.newSingleThreadExecutor().execute(() -> {

thrownewRuntimeException("My runtime exception");

});

上面的代碼的異常處理機(jī)制其實(shí)同直接使用Thread是一樣的。所以也有同樣的問題，異常信息無法反映在日志文件中。解決這個(gè)問題的方法同上一節(jié)一樣：在每個(gè)Runnable中編寫try ... catch語(yǔ)句；或者使用UncaughtExceptionHandler機(jī)制。

我們先來看如何為線程池中的工作線程設(shè)置UncaughtExceptionHandler。

為線程池工作線程設(shè)置 UncaughtExceptionHandler

簡(jiǎn)單來說，就是通過ThreadFactory。通過ThreadPoolExecutor的構(gòu)造函數(shù)和Executors中的工具方法，我們都可以為新創(chuàng)建的線程池設(shè)置ThreadFactory。

ThreadFactory是個(gè)接口，它只定義了一個(gè)方法Thread newThread(Runnable r)。在這個(gè)方法中，我們可以為新創(chuàng)建出來的線程設(shè)置UncaughtExceptionHandler。當(dāng)然，這樣寫起來顯得很麻煩，好在 Apache Commons 和 Google Guava 這兩個(gè)最有名的 Java 工具類庫(kù)都為我們提供了相應(yīng)的類庫(kù)以簡(jiǎn)化配置ThreadFactory的工作。下面以 Apache Commons 提供的BasicThreadFactoryBuilder為例

代碼6

ThreadFactory executorThreadFactory =newBasicThreadFactory.Builder()

.namingPattern("task-scanner-executor-%d")

.uncaughtExceptionHandler(newLogUncaughtExceptionHandler(LOGGER))

? ? ? ? .build();

Executors.newSingleThreadExecutor(executorThreadFactory);

UncaughtExceptionHandler 一定起作用嗎？

此話怎講呢？其實(shí)ThreadPoolExecutor為執(zhí)行并發(fā)任務(wù)提供了兩種方法：execute(Runnable)和submit(Callable/Runnable)。之前的代碼示例只演示了執(zhí)行execute(Runnable)時(shí)的情況。那在設(shè)置了默認(rèn)的UncaughtExceptionHandler之后，當(dāng)執(zhí)行submit(Callable/Runnable)方法，拋出拋異常之后有會(huì)如何？

看下面的代碼

代碼7

ThreadFactory threadFactory =newThreadFactoryBuilder()

.setUncaughtExceptionHandler(newLogExceptionHandler())

? ? ? ? .build();

Executors.newSingleThreadExecutor(threadFactory)

? ? ? ? .submit(() -> {

thrownewRuntimeException("test");

? ? ? ? });

上面的程序執(zhí)行完之后，不會(huì)在控制臺(tái)或日志中看到任何輸出，雖然設(shè)置了UncaughtExceptionHandler。要弄清原因，就要看一下ThreadPoolExecutor的源代碼

代碼8

publicFuture submit(Runnabletask) {

if(task==null)thrownewNullPointerException();

RunnableFuture ftask = newTaskFor(task,null);

? ? execute(ftask);

returnftask;

}

submit方法是調(diào)用execute實(shí)現(xiàn)任務(wù)執(zhí)行的。但是在調(diào)用execute之前，任務(wù)會(huì)被封裝進(jìn)FutureTask類中，然后最終工作線程執(zhí)行的是FutureTask中的run方法。

代碼9：FutureTask.run

try{

result = c.call();

ran =true;

}catch(Throwable ex) {

result =null;

ran =false;

? ? setException(ex);

}

protected void setException(Throwable t) {

if(UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset,NEW, COMPLETING)) {

? ? ? ? outcome = t;

UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, EXCEPTIONAL);// final state

? ? ? ? finishCompletion();

? ? }

}

由上面的代碼可以看出，不同于直接調(diào)用execute方法，調(diào)用submit方法后，如果任務(wù)拋出異常，會(huì)被setException方法賦給代表執(zhí)行結(jié)果的outcome變量，而不會(huì)繼續(xù)拋出。因此，UncaughtExceptionHandler也沒有機(jī)會(huì)處理。

如果想知道submit的執(zhí)行結(jié)果是成功還是失敗，必須調(diào)用Future.get()方法。

UncaughtExceptionHandler 是否適合在線程池中使用

從上面的分析中可以看出，使用UncaughtExceptionHandler，可以處理到使用execute方法執(zhí)行任務(wù)所拋出的異常，但是對(duì)submit方法無效。那如果只是用execute方法，我們是否可以通過設(shè)置UncaughtExceptionHandler從而添加一種默認(rèn)的異常處理機(jī)制，以避免重復(fù)的try...catch代碼呢？

答案是不能。原因在于，如果在執(zhí)行execute方法時(shí)不在Runnable.run方法中寫try...catch方法，自然異常會(huì)交由UncaughtExceptionHandler處理，但是，在這之前，線程的工作線程會(huì)因?yàn)楫惓６顺?。雖然線程池會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的工作線程，但是如果這個(gè)步驟反復(fù)執(zhí)行，效率自然會(huì)下降很多。

四、ScheduledThreadPoolExecutor

ScheduledThreadPoolExecutor是另一種常用的線程池，常用了執(zhí)行延遲任務(wù)或定時(shí)任務(wù)。常用的方法為scheduleXXX系列。那在這個(gè)線程池中異常是如何處理的呢？

其實(shí)，如果看過前面的部分，到這里也基本能猜出來了。ScheduledThreadPoolExecutor用來封裝任務(wù)的是ScheduledFutureTask。ScheduledFutureTask是FutureTask的子類，所以，異常也會(huì)被復(fù)制給outcome。

但是，這里還是有一些差異的。在使用ThreadPoolExecutor.submit和ScheduledThreadPoolExecutor.schedule方法時(shí)，我們可以通過這兩個(gè)方法返回的Future來獲得執(zhí)行結(jié)果，這包括正常結(jié)果，也包括異常結(jié)果。但是，對(duì)于ScheduledThreadPoolExecutor.scheduleWithFixedDelay和scheduleAtFixedRate這兩個(gè)方法，其返回的Future只會(huì)用來取消任務(wù)，而不是得到結(jié)果。原因也很容易理解，因?yàn)檫@兩個(gè)方法執(zhí)行的是定時(shí)任務(wù)，是反復(fù)執(zhí)行的。這也是為什么這兩個(gè)方法的任務(wù)定義使用了Runnable接口，而不是有返回值的Callable接口。因此，對(duì)于這兩個(gè)方法來說，在Runnable.run方法中加try...catch是必須的，否則很有可能出錯(cuò)了卻毫不知情。

五、結(jié)論

在Thread中，我們可以通過UncaughtExceptionHandler來實(shí)現(xiàn)默認(rèn)的異常處理機(jī)制。但是在使用ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor這兩個(gè) JDK 最主要的線程池時(shí)，使用UncaughtExceptionHandler是不合適的。所以，try...catch往往是不可避免的，否則你的任務(wù)很有可能失敗的悄無聲息。