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Java線程中斷的本質(zhì)深入理解

更新時間：2012年12月03日 10:02:01 作者：

Java的中斷是一種協(xié)作機制。也就是說調(diào)用線程對象的interrupt方法并不一定就中斷了正在運行的線程，它只是要求線程自己在合適的時機中斷自己，本文將詳細介紹，需要了解的朋友可以參考下

一、Java中斷的現(xiàn)象
首先，看看Thread類里的幾個方法：

public static boolean interrupted	測試當(dāng)前線程是否已經(jīng)中斷。線程的中斷狀態(tài) 由該方法清除。換句話說，如果連續(xù)兩次調(diào)用該方法，則第二次調(diào)用將返回 false（在第一次調(diào)用已清除了其中斷狀態(tài)之后，且第二次調(diào)用檢驗完中斷狀態(tài)前，當(dāng)前線程再次中斷的情況除外）。
public boolean isInterrupted()	測試線程是否已經(jīng)中斷。線程的中斷狀態(tài) 不受該方法的影響。
public void interrupt()	中斷線程。

上面列出了與中斷有關(guān)的幾個方法及其行為，可以看到interrupt是中斷線程。如果不了解Java的中斷機制，這樣的一種解釋極容易造成誤解，認(rèn)為調(diào)用了線程的interrupt方法就一定會中斷線程。
其實，Java的中斷是一種協(xié)作機制。也就是說調(diào)用線程對象的interrupt方法并不一定就中斷了正在運行的線程，它只是要求線程自己在合適的時機中斷自己。每個線程都有一個boolean的中斷狀態(tài)（不一定就是對象的屬性，事實上，該狀態(tài)也確實不是Thread的字段），interrupt方法僅僅只是將該狀態(tài)置為true

復(fù)制代碼代碼如下:

 
public class TestInterrupt { 
public static void main(String[] args) { 
Thread t = new MyThread(); 
t.start(); 
t.interrupt(); 
System.out.println("已調(diào)用線程的interrupt方法"); 
} 
static class MyThread extends Thread { 
public void run() { 
int num = longTimeRunningNonInterruptMethod(2, 0); 
System.out.println("長時間任務(wù)運行結(jié)束,num=" + num); 
System.out.println("線程的中斷狀態(tài):" + Thread.interrupted()); 
} 
private static int longTimeRunningNonInterruptMethod(int count, int initNum) { 
for(int i=0; i<count; i++) { 
for(int j=0; j<Integer.MAX_VALUE; j++) { 
initNum ++; 
} 
} 
return initNum; 
} 
} 
} 

一般情況下，會打印如下內(nèi)容：
已調(diào)用線程的interrupt方法
長時間任務(wù)運行結(jié)束,num=-2
線程的中斷狀態(tài):true
可見，interrupt方法并不一定能中斷線程。但是，如果改成下面的程序，情況會怎樣呢？

復(fù)制代碼代碼如下:

 
import java.util.concurrent.TimeUnit; 
public class TestInterrupt { 
public static void main(String[] args) { 
Thread t = new MyThread(); 
t.start(); 
t.interrupt(); 
System.out.println("已調(diào)用線程的interrupt方法"); 
} 
static class MyThread extends Thread { 
public void run() { 
int num = -1; 
try { 
num = longTimeRunningInterruptMethod(2, 0); 
} catch (InterruptedException e) { 
System.out.println("線程被中斷"); 
throw new RuntimeException(e); 
} 
System.out.println("長時間任務(wù)運行結(jié)束,num=" + num); 
System.out.println("線程的中斷狀態(tài):" + Thread.interrupted()); 
} 
private static int longTimeRunningInterruptMethod(int count, int initNum) throws InterruptedException{ 
for(int i=0; i<count; i++) { 
TimeUnit.SECONDS.sleep(5); 
} 
return initNum; 
} 
} 
} 

經(jīng)運行可以發(fā)現(xiàn)，程序拋出異常停止了，run方法里的后兩條打印語句沒有執(zhí)行。那么，區(qū)別在哪里？
一般說來，如果一個方法聲明拋出InterruptedException，表示該方法是可中斷的（沒有在方法中處理中斷卻也聲明拋出InterruptedException的除外），也就是說可中斷方法會對interrupt調(diào)用做出響應(yīng)（例如sleep響應(yīng)interrupt的操作包括清除中斷狀態(tài)，拋出InterruptedException），如果interrupt調(diào)用是在可中斷方法之前調(diào)用，可中斷方法一定會處理中斷，像上面的例子，interrupt方法極可能在run未進入sleep的時候就調(diào)用了，但sleep檢測到中斷，就會處理該中斷。如果在可中斷方法正在執(zhí)行中的時候調(diào)用interrupt，會怎么樣呢？這就要看可中斷方法處理中斷的時機了，只要可中斷方法能檢測到中斷狀態(tài)為true，就應(yīng)該處理中斷。讓我們?yōu)殚_頭的那段代碼加上中斷處理。
那么自定義的可中斷方法該如何處理中斷呢？那就是在適合處理中斷的地方檢測線程中斷狀態(tài)并處理。

復(fù)制代碼代碼如下:

 
public class TestInterrupt { 
public static void main(String[] args) throws Exception { 
Thread t = new MyThread(); 
t.start(); 
// TimeUnit.SECONDS.sleep(1);//如果不能看到處理過程中被中斷的情形，可以啟用這句再看看效果 
t.interrupt(); 
System.out.println("已調(diào)用線程的interrupt方法"); 
} 
static class MyThread extends Thread { 
public void run() { 
int num; 
try { 
num = longTimeRunningNonInterruptMethod(2, 0); 
} catch (InterruptedException e) { 
throw new RuntimeException(e); 
} 
System.out.println("長時間任務(wù)運行結(jié)束,num=" + num); 
System.out.println("線程的中斷狀態(tài):" + Thread.interrupted()); 
} 
private static int longTimeRunningNonInterruptMethod(int count, int initNum) throws InterruptedException { 
if(interrupted()) { 
throw new InterruptedException("正式處理前線程已經(jīng)被請求中斷"); 
} 
for(int i=0; i<count; i++) { 
for(int j=0; j<Integer.MAX_VALUE; j++) { 
initNum ++; 
} 
//假如這就是一個合適的地方 
if(interrupted()) { 
//回滾數(shù)據(jù)，清理操作等 
throw new InterruptedException("線程正在處理過程中被中斷"); 
} 
} 
return initNum; 
} 
} 
} 

如上面的代碼，方法longTimeRunningMethod此時已是一個可中斷的方法了。在進入方法的時候判斷是否被請求中斷，如果是，就不進行相應(yīng)的處理了；處理過程中，可能也有合適的地方處理中斷，例如上面最內(nèi)層循環(huán)結(jié)束后。
這段代碼中檢測中斷用了Thread的靜態(tài)方法interrupted，它將中斷狀態(tài)置為false，并將之前的狀態(tài)返回，而isInterrupted只是檢測中斷，并不改變中斷狀態(tài)。一般來說，處理過了中斷請求，應(yīng)該將其狀態(tài)置為false。但具體還要看實際情形。

二、Java中斷的本質(zhì)
在歷史上，Java試圖提供過搶占式限制中斷，但問題多多，例如已被廢棄的Thread.stop、Thread.suspend和 Thread.resume等。另一方面，出于Java應(yīng)用代碼的健壯性的考慮，降低了編程門檻，減少不清楚底層機制的程序員無意破壞系統(tǒng)的概率。
如今，Java的線程調(diào)度不提供搶占式中斷，而采用協(xié)作式的中斷。其實，協(xié)作式的中斷，原理很簡單，就是輪詢某個表示中斷的標(biāo)記，我們在任何普通代碼的中都可以實現(xiàn)。例如下面的代碼：

復(fù)制代碼代碼如下:

 
volatile bool isInterrupted; 
//… 
while(!isInterrupted) { 
compute(); 
} 

但是，上述的代碼問題也很明顯。當(dāng)compute執(zhí)行時間比較長時，中斷無法及時被響應(yīng)。另一方面，利用輪詢檢查標(biāo)志變量的方式，想要中斷wait和sleep等線程阻塞操作也束手無策。
如果仍然利用上面的思路，要想讓中斷及時被響應(yīng)，必須在虛擬機底層進行線程調(diào)度的對標(biāo)記變量進行檢查。是的，JVM中確實是這樣做的。下面摘自java.lang.Thread的源代碼：

復(fù)制代碼代碼如下:

 
public static boolean interrupted() { 
return currentThread().isInterrupted(true); 
} 
//… 
private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted); 

可以發(fā)現(xiàn)，isInterrupted被聲明為native方法，取決于JVM底層的實現(xiàn)。
實際上，JVM內(nèi)部確實為每個線程維護了一個中斷標(biāo)記。但應(yīng)用程序不能直接訪問這個中斷變量，必須通過下面幾個方法進行操作：

復(fù)制代碼代碼如下:

 
public class Thread { 
//設(shè)置中斷標(biāo)記 
public void interrupt() { ... } 
//獲取中斷標(biāo)記的值 
public boolean isInterrupted() { ... } 
//清除中斷標(biāo)記，并返回上一次中斷標(biāo)記的值 
public static boolean interrupted() { ... } 
... 
} 

通常情況下，調(diào)用線程的interrupt方法，并不能立即引發(fā)中斷，只是設(shè)置了JVM內(nèi)部的中斷標(biāo)記。因此，通過檢查中斷標(biāo)記，應(yīng)用程序可以做一些特殊操作，也可以完全忽略中斷。

你可能想，如果JVM只提供了這種簡陋的中斷機制，那和應(yīng)用程序自己定義中斷變量并輪詢的方法相比，基本也沒有什么優(yōu)勢。

JVM內(nèi)部中斷變量的主要優(yōu)勢，就是對于某些情況，提供了模擬自動“中斷陷入”的機制。
在執(zhí)行涉及線程調(diào)度的阻塞調(diào)用時（例如wait、sleep和join），如果發(fā)生中斷，被阻塞線程會“盡可能快的”拋出InterruptedException。因此，我們就可以用下面的代碼框架來處理線程阻塞中斷：

復(fù)制代碼代碼如下:

 
try { 
//wait、sleep或join 
} 
catch(InterruptedException e) { 
//某些中斷處理工作 
} 

所謂“盡可能快”，我猜測JVM就是在線程調(diào)度調(diào)度的間隙檢查中斷變量，速度取決于JVM的實現(xiàn)和硬件的性能。

三、一些不會拋出 InterruptedException 的線程阻塞操作
然而，對于某些線程阻塞操作，JVM并不會自動拋出InterruptedException異常。例如，某些I/O操作和內(nèi)部鎖操作。對于這類操作，可以用其他方式模擬中斷：
1）java.io中的異步socket I/O
讀寫socket的時候，InputStream和OutputStream的read和write方法會阻塞等待，但不會響應(yīng)java中斷。不過，調(diào)用Socket的close方法后，被阻塞線程會拋出SocketException異常。
2）利用Selector實現(xiàn)的異步I/O
如果線程被阻塞于Selector.select（在java.nio.channels中），調(diào)用wakeup方法會引起ClosedSelectorException異常。
3）鎖獲取
如果線程在等待獲取一個內(nèi)部鎖，我們將無法中斷它。但是，利用Lock類的lockInterruptibly方法，我們可以在等待鎖的同時，提供中斷能力。

四、兩條編程原則
另外，在任務(wù)與線程分離的框架中，任務(wù)通常并不知道自身會被哪個線程調(diào)用，也就不知道調(diào)用線程處理中斷的策略。所以，在任務(wù)設(shè)置了線程中斷標(biāo)記后，并不能確保任務(wù)會被取消。因此，有以下兩條編程原則：
1）除非你知道線程的中斷策略，否則不應(yīng)該中斷它。
這條原則告訴我們，不應(yīng)該直接調(diào)用Executer之類框架中線程的interrupt方法，應(yīng)該利用諸如Future.cancel的方法來取消任務(wù)。

2）任務(wù)代碼不該猜測中斷對執(zhí)行線程的含義。
這條原則告訴我們，一般代碼遇在到InterruptedException異常時，不應(yīng)該將其捕獲后“吞掉”，而應(yīng)該繼續(xù)向上層代碼拋出。
總之，Java中的非搶占式中斷機制，要求我們必須改變傳統(tǒng)的搶占式中斷思路，在理解其本質(zhì)的基礎(chǔ)上，采用相應(yīng)的原則和模式來編程。

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