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线程中断Interrupt

线程中断Interrupt

作者: 竖起大拇指 | 来源:发表于2020-11-12 16:36 被阅读0次

    前言

    线程中断是一个很重要的概念,通常,取消一个任务的执行,最好的,同时也是最合理的方法,就是通过中断。

    Interrupt status & InterruptedException

    java线程的中断机制为我们提供了一个契机,使被中断的线程能够有机会从当前的任务中跳脱出来。而中段机制的最核心的两个概念就是interrupt statusInterruptedException

    java中对于中断的大部分操作无外乎以下两点:
    1.设置或清除中断标志位
    2.抛出InterruptedException

    interrupt status

    在Java中,每一个线程都有一个中断标志位,表示了当前线程是否处于被中断状态,我们可以把这个标志为理解成一个boolean类型的变量,当我们中断一个线程时,将该标志位设为true,当我们清除中断状态时,将其设置为false。
    然而,在Thread线程类里面,并没有类似中断标志位的属性,但是提供了获取中断标志位的接口

    //查询是否中断,会重置中断状态
    public static native boolean interrupted();
    
    //查询是否中断,不会重置中断状态
    public native boolean isInterrupted();
    
    

    可见,isInterrupted()interrupted()方法只涉及到中断状态的查询,最多时多加一步重置中断状态,并不牵涉到InterruptedException

    不过值得一提的时,在我们能使用到的public方法中,interrupeted()方法是我们清除中断的唯一方法。

    InterruptedException

    /**
     * Thrown when a thread is waiting, sleeping, or otherwise occupied,
     * and the thread is interrupted, either before or during the activity.
     * Occasionally a method may wish to test whether the current
     * thread has been interrupted, and if so, to immediately throw
     * this exception.  The following code can be used to achieve
     * this effect:
     * <pre>
     *  if (Thread.interrupted())  // Clears interrupted status!
     *      throw new InterruptedException();
     * </pre>
     *
     * @author  Frank Yellin
     * @see     java.lang.Object#wait()
     * @see     java.lang.Object#wait(long)
     * @see     java.lang.Object#wait(long, int)
     * @see     java.lang.Thread#sleep(long)
     * @see     java.lang.Thread#interrupt()
     * @see     java.lang.Thread#interrupted()
     * @since   JDK1.0
     */
    public
    class InterruptedException extends Exception {
        private static final long serialVersionUID = 6700697376100628473L;
    
        /**
         * Constructs an <code>InterruptedException</code> with no detail  message.
         */
        public InterruptedException() {
            super();
        }
    
        /**
         * Constructs an <code>InterruptedException</code> with the
         * specified detail message.
         *
         * @param   s   the detail message.
         */
        public InterruptedException(String s) {
            super(s);
        }
    }
    
    

    上面的注释是说,在线程处于waiting,sleeping
    甚至是正在运行的过程种,如果被中断了,就可以抛出该异常,我们来看看抛出interruptedException异常的方法:
    1)wait(long timeout)方法中的InterruptedException

     @param      timeout   the maximum time to wait in milliseconds.
         * @throws  IllegalArgumentException      if the value of timeout is
         *               negative.
         * @throws  IllegalMonitorStateException  if the current thread is not
         *               the owner of the object's monitor.
         * @throws  InterruptedException if any thread interrupted the
         *             current thread before or while the current thread
         *             was waiting for a notification.  The <i>interrupted
         *             status</i> of the current thread is cleared when
         *             this exception is thrown.
         * @see        java.lang.Object#notify()
         * @see        java.lang.Object#notifyAll()
         */
        // Android-changed: Implement wait(long) non-natively.
        // public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;
        public final void wait(long timeout) throws InterruptedException {
            wait(timeout, 0);
        }
    

    该方法的注释中提到,如果在有别的线程在当前线程进入waiting状态之前或者已经进入waiting状态之后中断了当前线程,该方法就会抛出InterruptedException,同时,抛出异常后,当前线程的中断状态也会被清除。

    2)sleep(long millis)方法中的InterruptedException

     /**
         * Causes the currently executing thread to sleep (temporarily cease
         * execution) for the specified number of milliseconds, subject to
         * the precision and accuracy of system timers and schedulers. The thread
         * does not lose ownership of any monitors.
         *
         * @param  millis
         *         the length of time to sleep in milliseconds
         *
         * @throws  IllegalArgumentException
         *          if the value of {@code millis} is negative
         *
         * @throws  InterruptedException
         *          if any thread has interrupted the current thread. The
         *          <i>interrupted status</i> of the current thread is
         *          cleared when this exception is thrown.
         */
        // BEGIN Android-changed: Implement sleep() methods using a shared native implementation.
        public static void sleep(long millis) throws InterruptedException {
            sleep(millis, 0);
        }
    

    与上面的wait方法一致,如果当前线程被中断了,sleep方法会抛出InterruptedException,并且清除中断状态。

    如果有其他地方直接或间接的调用了这两个方法,那么他们自然也会在线程被中断的时候抛出InterruptedException,并且清除中断状态。例如:

    • wait()
    • wait(long timeout,int nanos)
    • sleep(long timeout,int nanos)
    • join

    值得注意的是,虽然这些方法会抛出InterruptedException,但是并不会终止当前线程的执行,当前线程可以选择忽略这个异常。
    也就是说,无论设置interrupted status还是抛出InterruptedException,它们都是給当前线程的建议,当前线程可以选择采纳或者不采纳,它们并不会影响当前线程的执行。
    至于在收到这些中断的建议后,当前线程要怎么处理,也完全取决于当前线程。

    Interrupt

    上面我们说了怎么检测(以及清除)一个线程的中断状态,提到当一个线程被中断后,有一些方法会抛出InterruptedException。

    下面我们就来看看怎么中断一个线程。
    要中断一个线程,只需要调用该线程的interrupt方法,源码如下:

    /**
         * Interrupts this thread.
         *
         * <p> Unless the current thread is interrupting itself, which is
         * always permitted, the {@link #checkAccess() checkAccess} method
         * of this thread is invoked, which may cause a {@link
         * SecurityException} to be thrown.
         *
         * <p> If this thread is blocked in an invocation of the {@link
         * Object#wait() wait()}, {@link Object#wait(long) wait(long)}, or {@link
         * Object#wait(long, int) wait(long, int)} methods of the {@link Object}
         * class, or of the {@link #join()}, {@link #join(long)}, {@link
         * #join(long, int)}, {@link #sleep(long)}, or {@link #sleep(long, int)},
         * methods of this class, then its interrupt status will be cleared and it
         * will receive an {@link InterruptedException}.
         *
         * <p> If this thread is blocked in an I/O operation upon an {@link
         * java.nio.channels.InterruptibleChannel InterruptibleChannel}
         * then the channel will be closed, the thread's interrupt
         * status will be set, and the thread will receive a {@link
         * java.nio.channels.ClosedByInterruptException}.
         *
         * <p> If this thread is blocked in a {@link java.nio.channels.Selector}
         * then the thread's interrupt status will be set and it will return
         * immediately from the selection operation, possibly with a non-zero
         * value, just as if the selector's {@link
         * java.nio.channels.Selector#wakeup wakeup} method were invoked.
         *
         * <p> If none of the previous conditions hold then this thread's interrupt
         * status will be set. </p>
         *
         * <p> Interrupting a thread that is not alive need not have any effect.
         *
         * @throws  SecurityException
         *          if the current thread cannot modify this thread
         *
         * @revised 6.0
         * @spec JSR-51
         */
        public void interrupt() {
            if (this != Thread.currentThread())
                checkAccess();
    
            synchronized (blockerLock) {
                Interruptible b = blocker;
                if (b != null) {
                    interrupt0();           // Just to set the interrupt flag
                    b.interrupt(this);
                    return;
                }
            }
            interrupt0();
        }
    
    

    首先说明这个函数的目的是中断这个线程,这个this thread,当然指的就是该方法所属的线程对象所代表的线程。一个线程总是被允许中断自己,但是我们如果想要在一个线程中中断另外一个线程的执行,就需要先通过checkAccess()检查权限。这有可能抛出SecurityException异常。

    由于sleep,join wait这些方法抛出InterruptedException异常后,会同时清除中断标志位,因此当我们此时不想或无法传递InterruptedException异常,也不该对异常做任何处理时,我们最好通过再次调用interrupt来恢复中断的状态,以供上层调用者处理。

    如果线程没有因为上面的函数调用而进入阻塞状态的话,那么中断这个线程仅仅会设置它的中断标志位(而不会抛出InterruptedException)
    中断一个已经终止的线程不会有任何影响。

    注释看完了之后我们再来看看代码部分,其实整个方法的核心调用就是interrupt0()方法,而它是一个native方法:

    @FastNative
        private native void interrupt0();
    

    这个方法所做的事情很简单:

    Just to set the interrupt flag

    所以,至此我们明白了,所谓中断一个线程,其实并不是让一个线程停止运行,仅仅是将线程的中断标志设为true,或者在某些特定的情况下抛出一个InterruptedException,它并不会直接将一下线程停掉,在被中断的线程的角度来看,仅仅是自己的中断标志位被设为了true,或者自己所执行的代码抛出了一个InterruptedException异常,仅此而已。

    终止一个线程

    既然上面我们提到了,中断一个线程并不会使得该线程停止执行,那么我们该怎样终止一个线程的执行呢?早期的java中提供了stop()方法来停止一个线程,但是这个方法是不安全的,所以已经被废弃了。现在终止一个线程,基本上只能靠"曲线救国"式的中断来实现。

    终止处于阻塞状态的线程

    前面我们说过,当一个线程因为调用wait,sleep,join方法而进入阻塞状态后,若在这时中断这个线程,则这些方法将会抛出InterruptedException异常,我们可以利用这个异常,使线程跳出阻塞状态,从而终止线程。

    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            try {
                // do some task
                // blocked by calling wait/sleep/join
            } catch (InterruptedException ie) {  
                // 如果该线程被中断,则会抛出InterruptedException异常
                // 我们通过捕获这个异常,使得线程从block状态退出
                break; // 这里使用break, 可以使我们在线程中断后退出死循环,从而终止线程。
            }
        }
    }
    

    终止处于运行状态的线程

    与中断一个处于阻塞状态所不同的是,中断一个处于运行状态的线程只会将该线程的中断标志位设为true,而并不会抛出InterruptedException异常,为了能在运行过程中感知到线程已经被中断了,我们只能通过不断地检查中断标志位来实现:

    @Override
    public void run() {
        while (!isInterrupted()) {
            // do some task...
        }
    }
    

    这里,我们每次循环都会先检查中断标志位,只有当前线程被中断了,isInterrupted()方法就会返回true,从而终止循环。

    终止一个Alive的线程

    上面我们分别介绍了怎样终止一个处于阻塞状态或运行状态的线程,如果我们将这两种方法结合起来,那么就可以同时应对这两种情况,从而能够终止任意一个存活的线程:

    @Override
    public void run() {
        try {
            // 1. isInterrupted() 用于终止一个正在运行的线程。
            while (!isInterrupted()) {
                // 执行任务...
            }
        } catch (InterruptedException ie) {  
            // 2. InterruptedException异常用于终止一个处于阻塞状态的线程
        }
    }
    

    不过使用者两者的组合一定要注意,wait,sleep,join等方法抛出InterruptedException有一个副作用,清除当前的中断标志位,所以不要在异常抛出后不做任何处理,而寄望于用isInterrupted()方法来判断,因为中断标志位已经被重置了,所以下面这种写法是不对的:

    @Override
    public void run() {
        //isInterrupted() 用于终止一个正在运行的线程。
        while (!isInterrupted()) {
            try {
                    // 执行任务...
                }
            } catch (InterruptedException ie) {  
                // 在这里不做任何处理,仅仅依靠isInterrupted检测异常
            }
        }
    }
    

    这个方法中,在catch块中我们检测到异常后没有使用break方法跳出循环,而此时中断状态已经重置,当我们再去调用isInterrupted,依旧会返回false,故线程依然会在while循环中执行,无法被中断

    总结

    Java没有提供一种安全直接的方法来停止某个线程,但是提供了中断机制。对于被中断的线程,中断只是一个建议,至于收到这个建议后线程要采取什么措施,完全由线程自己决定。

    中断机制的核心在于中断状态和InterruptedException异常

    中断状态:

    • 设置一个中断状态: Thread#interrupt
    • 清除一个中断状态: Thread.interrupted
      Thread.interrupted方法同时会返回线程原来的中断的状态。
      如果仅仅想查看线程当前的中断状态而不清除原来的状态,则应该使用Thread#isInterrupted。

    某些阻塞方法在抛出InterruptedException异常后,会同时清除中断状态。若不能对该异常做出处理也无法向上层抛出,则应该通过再次调用interrupt方法恢复中断状态,以供上层处理,通常情况下我们都不应该屏蔽中断请求。

    中断异常:

    中断异常一般是线程被中断后,在一些block类型的方法(如wait,sleep,join)中抛出。

    我们可以使用Thread#interrupt中断一个线程,被中断的线程所受的影响为以下两种之一:

    若被中断前,该线程处于非阻塞状态,那么该线程的中断状态被设为true, 除此之外,不会发生任何事。
    若被中断前,该线程处于阻塞状态(调用了wait,sleep,join等方法),那么该线程将会立即从阻塞状态中退出,并抛出一个InterruptedException异常,同时,该线程的中断状态被设为false, 除此之外,不会发生任何事。
    无论是中断状态的改变还是InterruptedException被抛出,这些都是当前线程可以感知到的"建议",如果当前线程选择忽略这些建议(例如简单地catch住异常继续执行),那么中断机制对于当前线程就没有任何影响,就好像什么也没有发生一样。

    所以,中断一个线程,只是传递了请求中断的消息,并不会直接阻止一个线程的运行。

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