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淺談Java線程中斷的本質深入理解
一、Java中斷的現象
首先，看看Thread類里的幾個方法：
public static booleaninterrupted測試當前線程是否已經中斷。線程的中斷狀態由該方法清除。換句話說，如果連續兩次調用該方法，則第二次調用將返回 false（在第一次調用已清除了其中斷狀態之后，且第二次調用檢驗完中斷狀態前，當前線程再次中斷的情況除外）。public booleanisInterrupted()測試線程是否已經中斷。線程的中斷狀態不受該方法的影響。public voidinterrupt()中斷線程。
上面列出了與中斷有關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，認為調用了線程的interrupt方法就一定會中斷線程。
其實，Java的中斷是一種協作機制。也就是說調用線程對象的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（不一定就是對象的屬性，事實上，該狀態也確實不是Thread的字段），interrupt方法僅僅只是將該狀態置為true
復制代碼 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("長時間任務運行結束,num=" + num);
System.out.println("線程的中斷狀態:" + 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，會打印如下內容：
已調用線程的interrupt方法
長時間任務運行結束,num=-2
線程的中斷狀態: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("長時間任務運行結束,num=" + num);
System.out.println("線程的中斷狀態:" + 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;
}
}
}
經運行可以發現，程序拋出異常停止了，run方法里的后兩條打印語句沒有執行。那么，區別在哪里？
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調用做出響應（例如sleep響應interrupt的操作包括清除中斷狀態，拋出InterruptedException），如果interrupt調用是在可中斷方法之前調用，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行中的時候調用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為true，就應該處理中斷。讓我們為開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并處理。
復制代碼 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("長時間任務運行結束,num=" + num);
System.out.println("線程的中斷狀態:" + 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()) {
//回滾數據，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，例如上面最內層循環結束后。
這段代碼中檢測中斷用了Thread的靜態方法interrupted，它將中斷狀態置為false，并將之前的狀態返回，而isInterrupted只是檢測中斷，并不改變中斷狀態。一般來說，處理過了中斷請求，應該將其狀態置為false。但具體還要看實際情形。
二、Java中斷的本質
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的概率。
如今，Java的線程調度不提供搶占式中斷，而采用協作式的中斷。其實，協作式的中斷，原理很簡單，就是輪詢某個表示中斷的標記，我們在任何普通代碼的中都可以實現。 例如下面的代碼：
復制代碼 代碼如下:
volatile bool isInterrupted;
//…
while(!isInterrupted) {
compute();
}
但是，上述的代碼問題也很明顯。當compute執行時間比較長時，中斷無法及時被響應。另一方面，利用輪詢檢查標志變量的方式，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，必須在虛擬機底層進行線程調度的對標記變量進行檢查。是的，JVM中確實是這樣做的。下面摘自java.lang.Thread的源代碼：
復制代碼 代碼如下:
public static boolean interrupted() {
return currentThread().isInterrupted(true);
}
//…
private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted);
可以發現，isInterrupted被聲明為native方法，取決于JVM底層的實現。
實際上，JVM內部確實為每個線程維護了一個中斷標記。但應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：
復制代碼 代碼如下:
public class Thread {
//設置中斷標記
public void interrupt() { ... }
//獲取中斷標記的值
public boolean isInterrupted() { ... }
//清除中斷標記，并返回上一次中斷標記的值
public static boolean interrupted() { ... }
...
}
通常情況下，調用線程的interrupt方法，并不能立即引發中斷，只是設置了JVM內部的中斷標記。因此，通過檢查中斷標記，應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，基本也沒有什么優勢。
JVM內部中斷變量的主要優勢，就是對于某些情況，提供了模擬自動“中斷陷入”的機制。
在執行涉及線程調度的阻塞調用時（例如wait、sleep和join），如果發生中斷，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就是在線程調度調度的間隙檢查中斷變量，速度取決于JVM的實現和硬件的性能。
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java中斷。不過，調用Socket的close方法后，被阻塞線程會拋出SocketException異常。
2）利用Selector實現的異步I/O
如果線程被阻塞于Selector.select（在java.nio.channels中），調用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，在任務與線程分離的框架中，任務通常并不知道自身會被哪個線程調用，也就不知道調用線程處理中斷的策略。所以，在任務設置了線程中斷標記后，并不能確保任務會被取消。因此，有以下兩條編程原則：
1）除非你知道線程的中斷策略，否則不應該中斷它。
這條原則告訴我們，不應該直接調用Executer之類框架中線程的interrupt方法，應該利用諸如Future.cancel的方法來取消任務。
2）任務代碼不該猜測中斷對執行線程的含義。
這條原則告訴我們，一般代碼遇在到InterruptedException異常時，不應該將其捕獲后“吞掉”，而應該繼續向上層代碼拋出。
總之，Java中的非搶占式中斷機制，要求我們必須改變傳統的搶占式中斷思路，在理解其本質的基礎上，采用相應的原則和模式來編程。
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