Java——聊聊JUC中的线程中断机制 & LockSupport

文章目录：

1.什么是中断机制？

2.如何停止中断运行中的线程？

2.1 通过一个volatile变量实现

2.2 通过AtomicBoolean原子布尔类

2.3 通过Thread类自带的中断API方法实现

3.Thread类的三大API说明

3.1 实例方法interrupt()，没有返回值

3.2 实例方法isInterrupted()，返回布尔值

3.3 当前线程的中断标识为true，是不是线程就立刻停止？

3.4 在3.3中断程序的基础上，添加sleep睡眠

3.5 静态方法public static boolean interrupted()

4.LockSupport

4.1 线程的等待唤醒机制

4.2 wait、notify

4.3 await、signal

4.4 park、unpark

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1.什么是中断机制？

• 首先，一个线程不应该由其他线程来强制中断或停止，而是应该由线程自己自行停止。所以，Thread.stop, Thread.suspend, Thread.resume 都已经被废弃了。
• 其次，在Java中没有办法立即停止一条线程，然而停止线程却显得尤为重要，如取消一个耗时操作。

                  因此，Java提供了一种用于停止线程的协商机制——中断。

                  中断只是一种协作协商机制，Java没有给中断增加任何语法，中断的过程完全需要程序员自己实现。

                  若要中断一个线程，你需要手动调用该线程的interrupt方法，该方法也仅仅是将线程对象的中断标识设成true；

                  接着你需要自己写代码不断地检测当前线程的标识位，如果为true，表示别的线程要求这条线程中断，此时究竟该做什么需要你自己写代码实现。

                  每个线程对象中都有一个标识，用于表示线程是否被中断；该标识位为true表示中断，为false表示未中断；

                  通过调用线程对象的interrupt方法将该线程的标识位设为true；可以在别的线程中调用，也可以在自己的线程中调用。

借尚硅谷周阳老师的例子：顾客在无烟餐厅中吸烟，服务员希望他别吸烟了，不是强行停止他吸烟，而是给他的标志位打为true，具体的停止吸烟还是要顾客自己停止。（体现了协商机制）

• 中断相关的三大API方法如下图：↓↓↓

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2.如何停止中断运行中的线程？

2.1 通过一个volatile变量实现

package com.szh.demo.interrupt;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class InterruptDemo1 {
    static volatile boolean isStop = false;

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                if (isStop) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " isStop被修改为true，线程停止");
                    break;
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " hello volatile....");
            }
        }, "t1").start();

        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            isStop = true;
        }, "t2").start();
    }
}

2.2 通过AtomicBoolean原子布尔类

package com.szh.demo.interrupt;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;

public class InterruptDemo2 {
    static AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(false);

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                if (atomicBoolean.get()) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " isStop被修改为true，线程停止");
                    break;
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " hello AtomicBoolean....");
            }
        }, "t1").start();

        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            atomicBoolean.set(true);
        }, "t2").start();
    }
}

2.3 通过Thread类自带的中断API方法实现

package com.szh.demo.interrupt;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class InterruptDemo3 {

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            while (true) {
                if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " isStop被修改为true，线程停止");
                    break;
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " hello isInterrupted....");
            }
        }, "t1");
        t1.start();

        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            t1.interrupt();
        }, "t2").start();
    }
}

---

3.Thread类的三大API说明

3.1 实例方法interrupt()，没有返回值

这个interrupt()实例方法，底层实际上调用了interrupt0()这个方法，根据后面的注释可以看到，仅仅是设置中断标识位，而interrupt0这个方法是一个native方法，底层又调用了C。

而在jdk官方文档中可以看到有关这个方法的叙述。

3.2 实例方法isInterrupted()，返回布尔值

这个实例方法的底层调用了一个native方法，传入了一个布尔值，而这个值就是 是否清除中断标识位，false表示不清除，true表示清除（即将线程的中断标识位清除重新设置为false）。

具体来说，当对一个线程，调用 interrupt() 时：

① 如果线程处于正常活动状态，那么会将该线程的中断标志设置为 true，仅此而已。被设置中断标志的线程将继续正常运行，不受影响。所以， interrupt() 并不能真正的中断线程，需要被调用的线程自己进行配合才行。

② 如果线程处于被阻塞状态（例如处于sleep, wait, join 等状态），在别的线程中调用当前线程对象的interrupt方法，那么线程将立即退出被阻塞状态（中断状态将被清除），并抛出一个InterruptedException异常。

（中断不活动的线程不会产生任何影响，看下面案例）

3.3 当前线程的中断标识为true，是不是线程就立刻停止？

• 否，仅仅设置了一个中断状态
• 看看中断是否会立即停止这个300的线程。否，虽然中断标志位变了。但是i一直输完300次，才最终停止。

package com.szh.demo.interrupt;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class InterruptDemo4 {

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 300; i++) {
                System.out.println("--------- " + i);
            }
            System.out.println("t1调用interrupt()之后的中断标识02---- " + Thread.currentThread().isInterrupted());
        }, "t1");
        t1.start();
        System.out.println("t1线程默认的中断标识---- " + t1.isInterrupted());

        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        t1.interrupt();
        System.out.println("t1调用interrupt()之后的中断标识01----  " + t1.isInterrupted());
    }
}

对上面的代码稍作改变，如下：↓↓↓

package com.szh.demo.interrupt;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class InterruptDemo5 {

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 300; i++) {
                System.out.println("--------- " + i);
            }
            System.out.println("after t1.interrupt()---第2次---- " + Thread.currentThread().isInterrupted());
        }, "t1");
        t1.start();
        System.out.println("before t1.interrupt()---- " + t1.isInterrupted());

        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        t1.interrupt();
        System.out.println("after t1.interrupt()---第1次--- " + t1.isInterrupted());
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("after t1.interrupt()---第3次--- " + t1.isInterrupted());
    }
}

在输出结果中，我们可以看到和我们预想的都一样，只有最后一行输出，t1线程它自己不是已经打断了吗？那中断标识就应该是 true 啊？为什么变成了false？？？

原因是上面的代码中，t1线程打印300次i，而最后一行输出代码是在2000ms之后的，t1线程是完全可以在这个时间内完成300次i的打印工作，所以程序运行到最后一行输出，t1线程已经结束死亡了，再根据 interrupt 方法api中的这句话：

• 中断不存在的线程不需要任何效果。

我们就懂了，中断不存在的线程没什么意义的，所以这里的中断标识自然就恢复成了默认值 false。

3.4 在3.3中断程序的基础上，添加sleep睡眠

package com.szh.demo.interrupt;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class InterruptDemo6 {

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            while (true) {
                if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 中断标识位：" +
                            Thread.currentThread().isInterrupted() + " 线程终止....");
                    break;
                }
                try {
                    Thread.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("---- hello InterruptDemo6");
            }
        }, "t1");
        t1.start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            t1.interrupt();
        }, "t2").start();
    }
}

这个程序是停不下来的，我是不想耗费太多CPU资源，手动停止了。 

原因就是：

• 如果该线程阻塞的调用wait() ， wait(long) ，或wait(long, int)的方法Object类，或者在join() ， join(long) ， join(long, int) ， sleep(long) ，或sleep(long, int) ，这个类的方法，那么它的中断状态将被清除，并且将收到一个InterruptedException 。
• 所以这个时候线程t1的中断标识位被清除，恢复成了false，那么久永远也停不下来了。

如何修改上面的代码，使得程序正常运行停止呢？   → 

1. 中断标志位 默认是false。
2. t2 ----->t1发出了中断协商，t2调用t1.interrupt()，中断标志位true。
3. 中断标志位true，正常情况下，程序停止。
4. 中断标志位true，异常情况下，InterruptedException，将会把中断状态清除，并且将收到InterruptedException。中断标志位false导致无限循环。
5. 在catch块中，需要再次给中断标志位设置为true，2次调用停止。

package com.szh.demo.interrupt;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class InterruptDemo6 {

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            while (true) {
                if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 中断标识位：" +
                            Thread.currentThread().isInterrupted() + " 线程终止....");
                    break;
                }
                try {
                    Thread.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt(); //关键代码
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("---- hello InterruptDemo6");
            }
        }, "t1");
        t1.start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            t1.interrupt();
        }, "t2").start();
    }
}

3.5 静态方法public static boolean interrupted()

静态方法，Thread.interrupted();判断线程是否被中断，并清除当前中断状态这个方法做了两件事：1 返回当前线程的中断状态    2 将当前线程的中断状态设为false（这个方法有点不好理解，因为连续调用两次的结果可能不一样。）

package com.szh.demo.interrupt;

public class InterruptDemo7 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.interrupted());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.interrupted());
        System.out.println("-----1");
        Thread.currentThread().interrupt();//中断标志位设置为true
        System.out.println("-----2");
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.interrupted());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.interrupted());
    }
}

前两次调用没啥说的，因为main主线程并没有中断，第三次调用的时候，因为上面已经 interrupt 了，所以被中断了，这里中断标识位肯定就是 true。此时这个静态方法在中断之后第一次调用（返回当前线程的中断状态，被中断了就是true；第二件事，将当前线程的中断标识重置为false）。所以当最后一行再次调用它的时候，就是false了。 

看一下这个静态方法的源码：↓↓↓    在那个isInterrupt实例方法中传入的 一个布尔值，而这个值就是 是否清除中断标识位，false表示不清除，true表示清除（即将线程的中断标识位清除重新设置为false）。

这两个方法在底层都调用了native方法isInterrupted。  只不过传入参数ClearInterrupted一个传参传了true，一个传了false。

静态方法interrupted() 中true表示清空当前中断状态。  实例方法isInterrupted 则不会。

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4.LockSupport

用于创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。

这个类与每个使用它的线程相关联，一个许可证（在Semaphore类的意义上）。 如果许可证可用，则呼叫park将park返回，在此过程中消耗它; 否则可能会阻止。 致电unpark使许可证可用，如果尚不可用。 （与信号量不同，许可证不能累积，最多只有一个。）

核心就是park()和unpark()方法

• park()方法是阻塞线程
• unpark()方法是解除阻塞线程

4.1 线程的等待唤醒机制

1. 使用Object中的wait()方法让线程等待，使用Object中的notify()方法唤醒线程。（有局限性）
2. 使用JUC包中Condition的await()方法让线程等待，使用signal()方法唤醒线程。（有局限性）
3. LockSupport类可以阻塞当前线程以及唤醒指定被阻塞的线程。

4.2 wait、notify

package com.szh.demo.locksupport;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class LockSupportDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        final Object obj = new Object();

        new Thread(() -> {
            synchronized (obj) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- come in");
                try {
                    obj.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- 被唤醒了");
        }, "t1").start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3L);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            synchronized (obj) {
                obj.notify();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- 发出通知");
            }
        }, "t2").start();
    }
}

异常情况1：将 synchronized 同步代码块对应的代码注释掉。 

package com.szh.demo.locksupport;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class LockSupportDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        final Object obj = new Object();

        new Thread(() -> {
            //synchronized (obj) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- come in");
                try {
                    obj.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            //}
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- 被唤醒了");
        }, "t1").start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3L);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            //synchronized (obj) {
                obj.notify();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- 发出通知");
            //}
        }, "t2").start();
    }
}

异常情况2：将wait和notify顺序调换。 

package com.szh.demo.locksupport;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class LockSupportDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        final Object obj = new Object();

        new Thread(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3L);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (obj) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- come in");
                try {
                    obj.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- 被唤醒了");
        }, "t1").start();

//        try {
//            TimeUnit.SECONDS.sleep(3L);
//        } catch (InterruptedException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }

        new Thread(() -> {
            synchronized (obj) {
                obj.notify();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- 发出通知");
            }
        }, "t2").start();
    }
}

小总结

• 线程先要获得并持有锁，必须在锁块（synchronized或lock）中
• 必须要先等待后唤醒，线程才能够被唤醒。要保证先wait，后notify才OK。

• wait和notify方法必须要在同步块或者方法里面，且成对出现使用。

4.3 await、signal

package com.szh.demo.locksupport;

import javax.swing.*;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class LockSupportDemo2 {
    private static Lock lock = new ReentrantLock();
    private static Condition condition = lock.newCondition();

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- come in");
                condition.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- 被唤醒了");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t1").start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1L);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                condition.signal();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- 发出通知");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t2").start();
    }
}

异常情况1：将对应的加锁解锁的代码注释掉，报错信息和第一个案例是一样的。 

异常情况2：先进行 signal，再进行 await，报错信息和第一个案例是一样的。 

小总结

• 线程先要获得并持有锁，必须在锁块（synchronized或lock）中
• 必须要先等待后唤醒，线程才能够被唤醒。一定要先await后signal，不能反了

• Condition中的线程等待和唤醒方法，需要先获取锁

4.4 park、unpark

调用LockSupport.park()时，发现它调用了unsafe类，并且默认传了一个0。

permit默认是零，所以一开始调用park()方法，当前线程就会阻塞，直到别的线程将当前线程的permit设置为1时，park方法会被唤醒，然后会将permit再次设置为零并返回。

调用LockSupport.unpark();时，也调用了unsafe类。

调用unpark(thread)方法后，就会将thread线程的许可permit设置成1(注意多次调用unpark方法，不会累加，permit值还是1)会自动唤醒thread线程，即之前阻塞中的LockSupport.park()方法会立即返回。

解决上面两个案例的第一个问题：必须放在锁块中，LockSupport不需要这样做。 

package com.szh.demo.locksupport;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

public class LockSupportDemo3 {

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- come in");
            LockSupport.park();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- 被唤醒了");
        }, "t1");
        t1.start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2L);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            LockSupport.unpark(t1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- 发出通知");
        }, "t2").start();
    }
}

解决上面两个案例的第一个问题：必须先等待，后唤醒，LockSupport不需要这样做，先唤醒后等待照样OK。 

package com.szh.demo.locksupport;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

public class LockSupportDemo3 {

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3L);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- come in " + System.currentTimeMillis());
            LockSupport.park();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- 被唤醒了 " + System.currentTimeMillis());
        }, "t1");
        t1.start();

        new Thread(() -> {
            LockSupport.unpark(t1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- 发出通知");
        }, "t2").start();
    }
}

这里会先执行t2线程的unpark方法，此时t1线程手中就有了一张许可证，当t1线程睡眠3秒之后，执行代码，走到park方法不会再阻塞，直接拿出许可证，继续向下执行，所以看代码的花费时间就知道，这里的park是无效没有阻塞的。 

jdk官方文档中说了，与信号量不同，许可证不能累积，最多只有一个。

老子就不信这个邪，我非得给你来两个许可证，看看下面的代码。

package com.szh.demo.locksupport;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

public class LockSupportDemo3 {

    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3L);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- come in " + System.currentTimeMillis());
            LockSupport.park();
            LockSupport.park();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- 被唤醒了 " + System.currentTimeMillis());
        }, "t1");
        t1.start();

        new Thread(() -> {
            LockSupport.unpark(t1);
            LockSupport.unpark(t1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " --- 发出通知");
        }, "t2").start();
    }
}

可以看到，代码卡在这里了，这是因为你虽然发了两个许可证，但是最多只能持有一个，那么当第二次park尝试再去获取许可证时，已经不可能了，因为t1线程手中的那个许可证已经被第一次park的时候消费掉了。

当调用park方法时如果有凭证，则会直接消耗掉这个凭证然后正常退出；如果无凭证，就必须阻塞等待凭证可用。

而unpark则相反， 它会增加一个凭证， 但凭证最多只能有1个， 累加无效。 

针对park和unpark方法的代码实测结论：

1. park：unpark = 1:1，代码正常执行无误。
2. park：unpark = 1：n，代码正常执行无误。（尽管unpark了多次，但是当前线程最多只能持有1个许可证，之后也只park了一次，消费了一个许可证，所以没问题，但还是不推荐这样写）
3. park：unpark = n：1，代码卡死无法结束。（当前线程最多只能持有1个许可证，park一次消费一个，park多次直接无证，当前线程无法正常结束）
4. park：unpark = n：n，代码卡死无法结束。（原因在上面说过了）