Java多线程的中断机制

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mob604756f23a7e 2021-08-05 23:46:00

文章标签 停止线程共享变量 java i++ ide 文章分类 Java 后端开发

一.中断概述

这篇文章主要记录使用 interrupt() 方法中断线程，以及如何对InterruptedException进行处理。感觉对InterruptedException异常进行处理是一件谨慎且有技巧的活儿。

Thread.stop, Thread.suspend, Thread.resume 都已经被废弃了。

因为它们太暴力了，是不安全的，这种暴力中断线程是一种不安全的操作，因为线程占用的锁被强制释放，极易导致数据的不一致性。

举个栗子来说明其可能造成的问题。

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        StopThread thread = new StopThread();
        thread.start();
        // 休眠1秒，确保线程进入运行
        Thread.sleep(1000);
        // 暂停线程
        thread.stop();
//      thread.interrupt();
        // 确保线程已经销毁
        while (thread.isAlive()) { }
        // 输出结果
        thread.print();
    }

    private static class StopThread extends Thread {

        private int x = 0; private int y = 0;

        @Override
        public void run() {
            // 这是一个同步原子操作
            synchronized (this) {
                ++x;
                try {
                    // 休眠3秒,模拟耗时操作
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                ++y;
            }
        }

        public void print() {
            System.out.println("x=" + x + " y=" + y);
        }
    }
}

View Code

上述代码中，run方法里是一个同步的原子操作，x和y必须要共同增加，然而这里如果调用thread.stop()方法强制中断线程，输出如下：

x=1 y=0

没有异常，也破坏了我们的预期。

如果这种问题出现在我们的程序中，会引发难以预期的异常。因此这种不安全的方式很早就被废弃了。

取而代之的是interrupt()，上述代码如果采用thread.interrupt()方法，输出结果如下：

x=1 y=1
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at ThreadTest$StopThread.run(ThreadTest.java:28)

x=1,y=1 这个结果是符合我们的预期，同时还抛出了个异常。

interrupt() 它基于「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。」思想，是一个比较温柔的做法，它更类似一个标志位。

其实作用不是中断线程，而是「通知线程应该中断了」，具体到底中断还是继续运行，应该由被通知的线程自己处理。

interrupt() 并不能真正的中断线程，这点要谨记。

需要被调用的线程自己进行配合才行。

例如：

 1 public class Run {
 2 
 3     public static void main(String[] args) {
 4         try {
 5             MyThread thread = new MyThread();
 6             thread.start();
 7             Thread.sleep(20);//modify 2000 to 20
 8             thread.interrupt();//请求中断MyThread线程
 9         } catch (InterruptedException e) {
10             System.out.println("main catch");
11             e.printStackTrace();
12         }
13         System.out.println("end!");
14     }
15 }

main线程睡眠20ms后，执行第8行中断MyThread线程

 1 public class MyThread extends Thread {
 2     @Override
 3     public void run() {
 4         super.run();
 5         for (int i = 0; i < 500000; i++) {
 6             if (this.interrupted()) {
 7                 System.out.println("should be stopped and exit");
 8                 break;
 9             }
10             System.out.println("i=" + (i + 1));
11         }
12         System.out.println("this line is also executed. thread does not stopped");//尽管线程被中断,但并没有结束运行。这行代码还是会被执行
13     }
14 }

当MyThread获得CPU执行时，第6行的 if 测试中，检测到中断标识被设置。即MyThread线程检测到了main线程想要中断它的请求。

大多数情况下，MyThread检测到了中断请求，对该中断的响应是：退出执行（或者说是结束执行）。

但是，上面第5至8行for循环，是执行break语句跳出for循环。但是，线程并没有结束，它只是跳出了for循环而已，它还会继续执行第12行的代码....

因此，我们的问题是，当收到了中断请求后，如何结束该线程呢？

一种可行的方法是使用 return 语句而不是 break语句。。。。。哈哈。。。

当然，一种更优雅的方式则是：抛出InterruptedException异常。

看下面MyThread类的代码：

 1 public class MyThread extends Thread {
 2     @Override
 3     public void run() {
 4         super.run();
 5         try{
 6             for (int i = 0; i < 500000; i++) {
 7                 if (this.interrupted()) {
 8                     System.out.println("should be stopped and exit");
 9                     throw new InterruptedException();
10                 }
11                 System.out.println("i=" + (i + 1));
12             }
13             System.out.println("this line cannot be executed. cause thread throws exception");//这行语句不会被执行!!!
14         }catch(InterruptedException e){
15             System.out.println("catch interrupted exception");
16             e.printStackTrace();
17         }
18     }
19 }

当MyThread线程检测到中断标识为true后，在第9行抛出InterruptedException异常。

这样，该线程就不能再执行其他的正常语句了(如，第13行语句不会执行)。

这里表明：interrupt()方法有两个作用，一个是将线程的中断状态置位(中断状态由false变成true)；

另一个则是：让被中断的线程抛出InterruptedException异常。

这是很重要的。

这样，对于那些阻塞方法(比如 wait() 和 sleep())而言，当另一个线程调用interrupt()中断该线程时，该线程会从阻塞状态退出并且抛出中断异常。

这样，我们就可以捕捉到中断异常，并根据实际情况对该线程从阻塞方法中异常退出而进行一些处理。

比如说：线程A获得了锁进入了同步代码块中，但由于条件不足调用 wait() 方法阻塞了。

这个时候，线程B执行 threadA.interrupt()请求中断线程A，此时线程A就会抛出InterruptedException，我们就可以在catch中捕获到这个异常并进行相应处理(比如进一步往上抛出)

因此，上面就是一个采用抛出异常的方式来结束线程的示例。尽管该示例的实用性不大。原因：我们生吞了中断。

上面我们是在run()方法中抛出异常，符合这里描述的：

有时候抛出 InterruptedException 并不合适，例如当由 Runnable 定义的任务调用一个
可中断的方法时，就是如此。在这种情况下，不能重新抛出 InterruptedException，但是
您也不想什么都不做。当一个阻塞方法检测到中断并抛出 InterruptedException 时，它
清除中断状态。如果捕捉到 InterruptedException 但是不能重新抛出它，那么应该保留
中断发生的证据，以便调用栈中更高层的代码能知道中断，并对中断作出响应。该任务可以
通过调用 interrupt() 以 “重新中断” 当前线程来完成，如清单 3 所示。 -----“摘自参考博文”

因为，run方法是实现的Runnable接口中的方法。不能像下面这样定义，也即上面所说的：“不能重新抛出InterruptedException”。

        @Override
        public void run() throws InterruptedException{//这是错误的
          //do something...

因此，一个更好的解决方案是：调用 interrupt() 以 “重新中断” 当前线程。改进MyThread类中catch异常的方式，如下：

 1 public class MyThread extends Thread {
 2     @Override
 3     public void run() {
 4         super.run();
 5         try{
 6             for (int i = 0; i < 500000; i++) {
 7                 if (this.interrupted()) {
 8                     System.out.println("should be stopped and exit");
 9                     throw new InterruptedException();
10                 }
11                 System.out.println("i=" + (i + 1));
12             }
13             System.out.println("this line cannot be executed. cause thread throws exception");
14         }catch(InterruptedException e){
15             /**这样处理不好
16              * System.out.println("catch interrupted exception");
17              * e.printStackTrace();
18              */
19              Thread.currentThread().interrupt();//这样处理比较好
20         }
21     }
22 }

这样，就由生吞异常变成了将异常事件进一步扩散了。

二.中断相关三个的方法

Thread.interrupt()：设置中断状态为true
Thread.isInterrupted()：获取中断状态
Thread.interrupted()：获取中断状态，并且清除中断状态（当然获取的是清除之前的值），也就是说连续两次调用此方法，第二次一定会返回false。

对正在运行的线程调用interrupt()，并不会使线程停止运行，而只是让线程暂停一会。因为Thread.interrupt() 对正在运行的线程是不起作用的，只有对阻塞的线程有效。

离开线程有三种常用的方法

1.在阻塞操作时如Thread.sleep()时被中断会抛出InterruptedException

Thread.interrupt()方法实际上只是设置了一个中断状态，当该线程由于下列原因而受阻时，这个中断状态就起作用了：

　　（1）如果线程在调用 Object 类的 wait()、wait(long) 或 wait(long, int) 方法，或者该类的 join()、join(long)、join(long, int)、sleep(long) 或 sleep(long, int) 方法过程中受阻，则其中断状态将被清除，它还将收到一个InterruptedException异常。

这个时候，我们可以通过捕获 InterruptedException异常来终止线程的执行，具体可以通过return等退出或改变共享变量的值使其退出。
例2：线程在sleep时调用interrupt

/**
 * 通过线程sleep时调用Interrupt引发异常，停止线程的运行.
 * */
public class InterruptThread1 extends Thread {
    private double d = 0.0;

    public void run() {
    try {
        // 死循环执行打印"I am running!" 和做消耗时间的浮点计算
        while (true) {
            System.out.println("I am running!");

            for (int i = 0; i < 9; i++) {
                d = d + (Math.PI + Math.E) / d;
            }
            //休眠一断时间,中断时会抛出InterruptedException
            Thread.sleep(50);
        }
     }catch (InterruptedException e) {
         System.out.println("InterruptThread1.run() interrupted!");
    }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 将任务交给一个线程执行
        InterruptThread1 t = new InterruptThread1();
        t.start();

        // 运行一断时间中断线程
        Thread.sleep(100);
        System.out.println("****************************");
        System.out.println("Interrupted Thread!");
        System.out.println("****************************");
        t.interrupt();
    }
}

输出结果：

I am running!
I am running!
I am running!
****************************
Interrupted Thread!
****************************
InterruptThread1.run() interrupted!

设置为interrupt中断标记后，运行到sleep方法时，会抛出异常。

      （2）如果该线程在可中断的通道上的 I/O 操作中受阻，则该通道将被关闭，该线程的中断状态将被设置并且该线程将收到一个 ClosedByInterruptException，而不是InterruptedException 异常。

      （3）如果使用Java1.0之前就存在的传统的I/O操作，并且线程处于阻塞状态，Thread.interrupt()将不起作用，线程并不能退出阻塞状态。
               例如对于socket，通过调用阻塞该线程的套接字的close()方法。如果线程被I/O操作阻塞，该线程将接收到一个SocketException异常，这与使用interrupt()方法引起一个InterruptedException异常被抛出非常相似。

通过SocketException异常中断阻塞线程

import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * 通过SocketException异常中断阻塞线程.
 * */
public class InterruptThread2 extends Thread {
    volatile boolean stop = false;
    volatile ServerSocket socket;

    public void run() {
        try {
            socket = new ServerSocket(7856);
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("Could not create the socket...");
            return;
        }
        while (!stop) {
            System.out.println("Waiting for connection...");
            try {
                Socket sock = socket.accept();
            } catch (IOException e) {
                System.out.println("accept() failed or interrupted...");
            }
        }
        System.out.println("Thread exiting under request...");
    }

    public static void main(String args[]) throws Exception {
        InterruptThread2 thread = new InterruptThread2();
        System.out.println("Starting thread...");
        thread.start();
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println("Asking thread to stop...");
        
        /*由于线程处理阻塞状态，interrupt不产生任何作用*/
        //System.out.println( "Interrupting thread..." );
        //thread.interrupt();
        
        thread.stop = true;
        thread.socket.close();
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println("Stopping application...");

    }
}

运行结果

1. Starting thread...
2. Waiting for connection...
3. Asking thread to stop...
4. accept() failed or interrupted...
5. Thread exiting under request...
6. Stopping application...

2.Thread.interrupted()检查是否发生中断

对于正在运行的线程，可以调用thread.interrupt()。通过Thread.interrupted()能告诉你线程是否发生中断,并将清除中断状态标记，所以程序不会两次通知你线程发生了中断。
详见《例3：通过interrupted中断线程》

例3：通过interrupted中断线程

/**
 * 通过interrupted中断线程，停止线程的执行.
 *
 */
public class InterruptThread1 extends Thread {
    private double d = 0.0;

    public void run() {
        // 检查程序是否发生中断
        while (!Thread.interrupted()) {
            System.out.println("I am running!");

            for (int i = 0; i < 90; i++) {
                d = d + (Math.PI + Math.E) / d;
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 将任务交给一个线程执行
        InterruptThread1 t = new InterruptThread1();
        t.start();

        // 运行一断时间中断线程
        Thread.sleep(100);
        System.out.println("****************************");
        System.out.println("Interrupted Thread!");
        System.out.println("****************************");
        t.interrupt();
    }
}

运行结果

I am running!

I am running!

****************************

Interrupted Thread!

****************************

如果sleep和interrupted检查结合使用，可能会产生两个结果。
详见《例4：通过interrupted和sleep中断线程，停止线程的执行》

例4：通过interrupted和sleep中断线程，停止线程的执行

/**
 * 通过interrupted和sleep中断线程，停止线程的执行.
 *
 */
public class InterruptThread1 extends Thread {
    private double d = 0.0;

    public void run() {
        try {
            // 检查程序是否发生中断
            while (!Thread.interrupted()) {
                System.out.println("I am running!");
                // before sleep
                Thread.sleep(20);
                //after sleep
                System.out.println("Calculating");
                for (int i = 0; i < 900; i++) {
                    d = d + (Math.PI + Math.E) / d;
                }
            }

        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("InterruptThread1.run() Exception!");
        }

        System.out.println("InterruptThread1.run() end!");
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 将任务交给一个线程执行
        InterruptThread1 t = new InterruptThread1();
        t.start();

        // 运行一段时间中断线程
        Thread.sleep(200);
        System.out.println("****************************");
        System.out.println("Interrupted Thread!");
        System.out.println("****************************");
        t.interrupt();
    }
}

如果在睡眠之前产生中断，则调用Thread.sleep()时抛出InterruptedException，结束线程

如果在睡眠之后产生中断，则线程会继续执行到下一次while判断中断状态时，结束线程

3.使用共享变量控制

使用共享变量（shared variable）发出信号，告诉线程必须停止正在运行的任务。线程必须周期性的核查这一变量（尤其在冗余操作期间），然后有秩序地中止任务。
详见《例5：通过共享变量中断线程，停止线程的执行》
例5：通过共享变量中断线程，停止线程的执行

/**
 * 通过共享变量中断线程，停止线程的执行.
 * @version V1.0 ,2011-4-15
 * @author xiahui
 */
public class InterruptThread1 extends Thread {
    private double d = 0.0;
    volatile boolean stop = false;
    
    public void run() {
        // 检查程序是否发生中断
        while (!stop) {
            System.out.println("I am running!");

            for (int i = 0; i < 900; i++) {
                d = d + (Math.PI + Math.E) / d;
            }
        }
        //做一些清理工作
        System.out.println( "Thread is exiting under request..." );
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 将任务交给一个线程执行
        InterruptThread1 t = new InterruptThread1();
        t.start();

        // 运行一段时间中断线程
        Thread.sleep(100);
        System.out.println( "Asking thread to stop..." );
        t.stop = true;

        Thread.sleep(1000 );
        System.out.println( "Stopping application..." );
    }
}

这个方法可以给予线程机会进行必要的清理工作，这在任何一个多线程应用程序中都是绝对需要的。

请确认将共享变量定义成volatile 类型或将对它的一切访问封入同步的块/方法（synchronized blocks/methods）中。

但是，当线程等待某些事件发生而被阻塞，又会发生什么？当然，如果线程被阻塞，它便不能核查共享变量，也就不能停止。
他们都可能永久的阻塞线程。即使发生超时，在超时期满之前持续等待也是不可行和不适当的，所以，要使用某种机制使得线程更早地退出被阻塞的状态。

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