【转】详细分析Java中断机制

时间 2019-11-24

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原文地址：http://www.infoq.com/cn/articles/java-interrupt-mechanismhtml

1. 引言

当咱们点击某个杀毒软件的取消按钮来中止查杀病毒时，当咱们在控制台敲入quit命令以结束某个后台服务时……都须要经过一个线程去取消另外一个线程正在执行的任务。Java没有提供一种安全直接的方法来中止某个线程，可是Java提供了中断机制。java

若是对Java中断没有一个全面的了解，可能会误觉得被中断的线程将立马退出运行，但事实并不是如此。中断机制是如何工做的？捕获或检测到中断后，是抛出InterruptedException仍是重设中断状态以及在方法中吞掉中断状态会有什么后果？Thread.stop与中断相比又有哪些异同？什么状况下须要使用中断？本文将从以上几个方面进行描述。编程

2. 中断的原理

Java中断机制是一种协做机制，也就是说经过中断并不能直接终止另外一个线程，而须要被中断的线程本身处理中断。这比如是家里的父母叮嘱在外的子女要注意身体，但子女是否注意身体，怎么注意身体则彻底取决于本身。安全

Java中断模型也是这么简单，每一个线程对象里都有一个boolean类型的标识（不必定就要是Thread类的字段，实际上也的确不是，这几个方法最终都是经过native方法来完成的），表明着是否有中断请求（该请求能够来自全部线程，包括被中断的线程自己）。例如，当线程t1想中断线程t2，只须要在线程t1中将线程t2对象的中断标识置为true，而后线程2能够选择在合适的时候处理该中断请求，甚至能够不理会该请求，就像这个线程没有被中断同样。并发

java.lang.Thread类提供了几个方法来操做这个中断状态，这些方法包括：oracle

public static boolean interrupteddom	测试当前线程是否已经中断。线程的中断状态由该方法清除。换句话说，若是连续两次调用该方法，则第二次调用将返回 false（在第一次调用已清除了其中断状态以后，且第二次调用检验完中断状态前，当前线程再次中断的状况除外）。异步
public boolean isInterrupted()ide	测试线程是否已经中断。线程的中断状态不受该方法的影响。性能
public void interrupt()	中断线程。

其中，interrupt方法是惟一能将中断状态设置为true的方法。静态方法interrupted会将当前线程的中断状态清除，但这个方法的命名极不直观，很容易形成误解，须要特别注意。

上面的例子中，线程t1经过调用interrupt方法将线程t2的中断状态置为true，t2能够在合适的时候调用interrupted或isInterrupted来检测状态并作相应的处理。

此外，类库中的有些类的方法也可能会调用中断，如FutureTask中的cancel方法，若是传入的参数为true，它将会在正在运行异步任务的线程上调用interrupt方法，若是正在执行的异步任务中的代码没有对中断作出响应，那么cancel方法中的参数将不会起到什么效果；又如 ThreadPoolExecutor中的shutdownNow方法会遍历线程池中的工做线程并调用线程的interrupt方法来中断线程，因此若是工做线程中正在执行的任务没有对中断作出响应，任务将一直执行直到正常结束。

3. 中断的处理

既然Java中断机制只是设置被中断线程的中断状态，那么被中断线程该作些什么？

处理时机

显然，做为一种协做机制，不会强求被中断线程必定要在某个点进行处理。实际上，被中断线程只需在合适的时候处理便可，若是没有合适的时间点，甚至可以不处理，这时候在任务处理层面，就跟没有调用中断方法同样。“合适的时候”与线程正在处理的业务逻辑紧密相关，例如，每次迭代的时候，进入一个可能阻塞且没法中断的方法以前等，但多半不会出如今某个临界区更新另外一个对象状态的时候，由于这可能会致使对象处于不一致状态。

处理时机决定着程序的效率与中断响应的灵敏性。频繁的检查中断状态可能会使程序执行效率降低，相反，检查的较少可能使中断请求得不到及时响应。若是发出中断请求以后，被中断的线程继续执行一段时间不会给系统带来灾难，那么就能够将中断处理放到方便检查中断，同时又能从必定程度上保证响应灵敏度的地方。当程序的性能指标比较关键时，可能须要创建一个测试模型来分析最佳的中断检测点，以平衡性能和响应灵敏性。

处理方式

一、中断状态的管理

通常说来，当可能阻塞的方法声明中有抛出InterruptedException则暗示该方法是可中断的，如 BlockingQueue#put、BlockingQueue#take、Object#wait、Thread#sleep等，若是程序捕获到这些可中断的阻塞方法抛出的InterruptedException或检测到中断后，这些中断信息该如何处理？通常有如下两个通用原则：

若是遇到的是可中断的阻塞方法抛出InterruptedException，能够继续向方法调用栈的上层抛出该异常，若是是检测到中断，则可清除中断状态并抛出InterruptedException，使当前方法也成为一个可中断的方法。
如有时候不太方便在方法上抛出InterruptedException，好比要实现的某个接口中的方法签名上没有throws InterruptedException，这时就能够捕获可中断方法的InterruptedException并经过 Thread.currentThread.interrupt()来从新设置中断状态。若是是检测并清除了中断状态，亦是如此。

通常的代码中，尤为是做为一个基础类库时，毫不应当吞掉中断，即捕获到InterruptedException后在catch里什么也不作，清除中断状态后又不重设中断状态也不抛出InterruptedException等。由于吞掉中断状态会致使方法调用栈的上层得不到这些信息。

固然，凡事总有例外的时候，当你彻底清楚本身的方法会被谁调用，而调用者也不会由于中断被吞掉了而遇到麻烦，就能够这么作。

总得来讲，就是要让方法调用栈的上层获知中断的发生。假设你写了一个类库，类库里有个方法amethod，在amethod中检测并清除了中断状态，而没有抛出InterruptedException，做为amethod的用户来讲，他并不知道里面的细节，若是用户在调用amethod后也要使用中断来作些事情，那么在调用amethod以后他将永远也检测不到中断了，由于中断信息已经被amethod清除掉了。若是做为用户，遇到这样有问题的类库，又不能修改代码，那该怎么处理？只好在本身的类里设置一个本身的中断状态，在调用interrupt方法的时候，同时设置该状态，这实在是无路可走时才使用的方法。

二、中断的响应

程序里发现中断后该怎么响应？这就得视实际状况而定了。有些程序可能一检测到中断就立马将线程终止，有些多是退出当前执行的任务，继续执行下一个任务……做为一种协做机制，这要与中断方协商好，当调用interrupt会发生些什么都是事先知道的，如作一些事务回滚操做，一些清理工做，一些补偿操做等。若不肯定调用某个线程的interrupt后该线程会作出什么样的响应，那就不该当中断该线程。

4. Thread.interrupt VS Thread.stop

Thread.stop方法已经不推荐使用了。而在某些方面Thread.stop与中断机制有着类似之处。如当线程在等待内置锁或IO 时，stop跟interrupt同样，不会停止这些操做；当catch住stop致使的异常时，程序也能够继续执行，虽然stop本意是要中止线程，这么作会让程序行为变得更加混乱。

那么它们的区别在哪里？最重要的就是中断须要程序本身去检测而后作相应的处理，而Thread.stop会直接在代码执行过程当中抛出ThreadDeath错误，这是一个java.lang.Error的子类。

在继续以前，先来看个小例子：

package com.ticmy.interrupt;
import java.util.Arrays;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class TestStop {
	private static final int[] array = new int[80000];
	private static final Thread t = new Thread() {
		public void run() {
			try {
				System.out.println(sort(array));
			} catch (Error err) {
				err.printStackTrace();
			}
			System.out.println("in thread t");
		}
	};
	
	static {
		Random random = new Random();
		for(int i = 0; i < array.length; i++) {
			array[i] = random.nextInt(i + 1);
		}
	}
	
	private static int sort(int[] array) {
		for (int i = 0; i < array.length-1; i++){
			for(int j = 0 ;j < array.length - i - 1; j++){
				if(array[j] < array[j + 1]){
					int temp = array[j];
					array[j] = array[j + 1];
					array[j + 1] = temp;
				}
			}
		}
		return array[0];
	}
	
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		t.start();
		TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
		System.out.println("go to stop thread t");
		t.stop();
		System.out.println("finish main");
	}
}

这个例子很简单，线程t里面作了一个很是耗时的排序操做，排序方法中，只有简单的加、减、赋值、比较等操做，一个可能的执行结果以下：

 
go to stop thread t
java.lang.ThreadDeath
	at java.lang.Thread.stop(Thread.java:758)
	at com.ticmy.interrupt.TestStop.main(TestStop.java:44)
finish main
in thread t

这里sort方法是个很是耗时的操做，也就是说主线程休眠一秒钟后调用stop的时候，线程t还在执行sort方法。就是这样一个简单的方法，也会抛出错误！换一句话说，调用stop后，大部分Java字节码都有可能抛出错误，哪怕是简单的加法！

若是线程当前正持有锁，stop以后则会释放该锁。因为此错误可能出如今不少地方，那么这就让编程人员防不胜防，极易形成对象状态的不一致。例如，对象obj中存放着一个范围值：最小值low，最大值high，且low不得大于high，这种关系由锁lock保护，以免并发时产生竞态条件而致使该关系失效。假设当前low值是5，high值是10，当线程t获取lock后，将low值更新为了15，此时被stop了，真是糟糕，若是没有捕获住 stop致使的Error，low的值就为15，high仍是10，这致使它们之间的小于关系得不到保证，也就是对象状态被破坏了！若是在给low赋值的时候catch住stop致使的Error则可能使后面high变量的赋值继续，可是谁也不知道Error会在哪条语句抛出，若是对象状态之间的关系更复杂呢？这种方式几乎是没法维护的，太复杂了！若是是中断操做，它决计不会在执行low赋值的时候抛出错误，这样程序对于对象状态一致性就是可控的。

正是由于可能致使对象状态不一致，stop才被禁用。

5. 中断的使用

一般，中断的使用场景有如下几个：

点击某个桌面应用中的取消按钮时；
某个操做超过了必定的执行时间限制须要停止时；
多个线程作相同的事情，只要一个线程成功其它线程均可以取消时；
一组线程中的一个或多个出现错误致使整组都没法继续时；
当一个应用或服务须要中止时。

下面来看一个具体的例子。这个例子里，本打算采用GUI形式，但考虑到GUI代码会使程序复杂化，就使用控制台来模拟下核心的逻辑。这里新建了一个磁盘文件扫描的任务，扫描某个目录下的全部文件并将文件路径打印到控制台，扫描的过程可能会很长。若须要停止该任务，只需在控制台键入quit并回车即可。

package com.ticmy.interrupt;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.File;
import java.io.InputStreamReader;

public class FileScanner {
	private static void listFile(File f) throws InterruptedException {
		if(f == null) {
			throw new IllegalArgumentException();
		}
		if(f.isFile()) {
			System.out.println(f);
			return;
		}
		File[] allFiles = f.listFiles();
		if(Thread.interrupted()) {
			throw new InterruptedException("文件扫描任务被中断");
		}
		for(File file : allFiles) {
			//还能够将中断检测放到这里
			listFile(file);
		}
	}
	
	public static String readFromConsole() {
		BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
		try {
			return reader.readLine();
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
			return "";
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		final Thread fileIteratorThread = new Thread() {
			public void run() {
				try {
					listFile(new File("c:\\"));
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
		};
		new Thread() {
			public void run() {
				while(true) {
					if("quit".equalsIgnoreCase(readFromConsole())) {
						if(fileIteratorThread.isAlive()) {
							fileIteratorThread.interrupt();
							return;
						}
					} else {
						System.out.println("输入quit退出文件扫描");
					}
				}
			}
		}.start();
		fileIteratorThread.start();
	}
}

在扫描文件的过程当中，对于中断的检测这里采用的策略是，若是碰到的是文件就不检测中断，是目录才检测中断，由于文件多是很是多的，每次遇到文件都检测一次会下降程序执行效率。此外，在fileIteratorThread线程中，仅是捕获了InterruptedException，没有重设中断状态也没有继续抛出异常，由于我很是清楚它的使用环境，run方法的调用栈上层已经没有可能须要检测中断状态的方法了。

在这个程序中，输入quit彻底能够执行System.exit(0)操做来退出程序，但正如前面提到的，这是个GUI程序核心逻辑的模拟，在GUI中，执行System.exit(0)会使得整个程序退出。

6. 参考资料

《Java Concurrency in Practice》
《Concurrent Programming in Java Design principles and patterns》
http://docs.oracle.com/javase/1.4.2/docs/guide/misc/threadPrimitiveDeprecation.html

做者介绍

丁一(ticmy)，高级Java开发工程师，关注并发编程，目前在信雅达系统工程股份有限公司从事工做流引擎的研发。我的博客：http://www.ticmy.com/ 微博：http://weibo.com/freish，邮箱: ticmy@foxmail.com，欢迎经过以上方式进行技术交流。