中斷JAVA執行緒

一任天然發表於2008-09-10

      在JAVA中，通過其對執行緒類的內嵌支援，程式設計人員編寫多執行緒程式是很簡易的。然而，在程式設計人員面前，多執行緒呈現出了一組新的難題，如果沒有被恰當的解決，將導致意外的行為以及細微的、難以發現的錯誤。
      在本篇文章中，我們針對這些難題之一：如何中斷一個正在執行的執行緒。

背景
    中斷（Interrupt）一個執行緒意味著在該執行緒完成任務之前停止其正在進行的一切，有效地中止其當前的操作。執行緒是死亡、還是等待新的任務或是繼續執行至下一步，就取決於這個程式。雖然初次看來它可能顯得簡單，但是，你必須進行一些預警以實現期望的結果。你最好還是牢記以下的幾點告誡。

首先，忘掉Thread.stop方法。雖然它確實停止了一個正在執行的執行緒，然而，這種方法是不安全也是不受提倡的，這意味著，在未來的JAVA版本中，它將不復存在。

一些輕率的傢伙可能被另一種方法Thread.interrupt所迷惑。儘管，其名稱似乎在暗示著什麼，然而，這種方法並不會中斷一個正在執行的執行緒（待會將進一步說明），正如Listing A中描述的那樣。它建立了一個執行緒，並且試圖使用Thread.interrupt方法停止該執行緒。Thread.sleep()方法的呼叫，為執行緒的初始化和中止提供了充裕的時間。執行緒本身並不參與任何有用的操作。

Listing A

class Example1 extends Thread { boolean stop = false; public static void main(String args[]) throws Exception { Example1 thread = new Example1(); System.out.println("Starting thread..."); thread.start(); Thread.sleep(3000); System.out.println("Interrupting thread..."); thread.interrupt(); Thread.sleep(3000); System.out.println("Stopping application..."); // System.exit(0); } public void run() { while (!stop) { System.out.println("Thread is running..."); long time = System.currentTimeMillis(); while ((System.currentTimeMillis() - time < 1000)) { } } System.out.println("Thread exiting under request..."); } }

如果你執行了Listing A中的程式碼，你將在控制檯看到以下輸出：

Starting thread...

Thread is running...

Interrupting thread...

Thread is running...

Stopping application...

Thread is running...

Thread is running...
...............................
甚至，在Thread.interrupt()被呼叫後，執行緒仍然繼續執行。

真正地中斷一個執行緒

中斷執行緒最好的，最受推薦的方式是，使用共享變數（shared variable）發出訊號，告訴執行緒必須停止正在執行的任務。執行緒必須週期性的核查這一變數（尤其在冗餘操作期間），然後有秩序地中止任務。Listing B描述了這一方式。

Listing B

class
 Example2 
extends
 Thread {

    
volatile
 
boolean
 stop = 
false
;

    
public
 
static
 
void
 main(String args[]) 
throws
 Exception {
        Example2 thread = 
new
 Example2();
        System.out.println(
"Starting thread..."
);
        thread.start();
        Thread.sleep(
3000
);
        System.out.println(
"Asking thread to stop..."
);
        thread.stop = 
true
;
        Thread.sleep(
3000
);
        System.out.println(
"Stopping application..."
);
        
// System.exit( 0 ); 
    }

    
public
 
void
 run() {
        
while
 (!stop) {
            System.out.println(
"Thread is running..."
);
            
long
 time = System.currentTimeMillis();
            
while
 ((System.currentTimeMillis() - time < 
1000
) && (!stop)) {
            }
        }
        System.out.println(
"Thread exiting under request..."
);
    }
}

執行Listing B中的程式碼將產生如下輸出（注意執行緒是如何有秩序的退出的）

Starting thread...

Thread is running...

Asking thread to stop...

Thread exiting under request...

Stopping application...

雖然該方法要求一些編碼，但並不難實現。同時，它給予執行緒機會進行必要的清理工作，這在任何一個多執行緒應用程式中都是絕對需要的。請確認將共享變數定義成volatile 型別或將對它的一切訪問封入同步的塊/方法（synchronized blocks/methods）中。

到目前為止一切順利!但是，當執行緒等待某些事件發生而被阻塞，又會發生什麼？當然，如果執行緒被阻塞，它便不能核查共享變數，也就不能停止。這在許多情況下會發生，例如呼叫Object.wait()、ServerSocket.accept()和DatagramSocket.receive()時，這裡僅舉出一些。

他們都可能永久的阻塞執行緒。即使發生超時，在超時期滿之前持續等待也是不可行和不適當的，所以，要使用某種機制使得執行緒更早地退出被阻塞的狀態。

很不幸運，不存在這樣一種機制對所有的情況都適用，但是，根據情況不同卻可以使用特定的技術。在下面的環節，我將解答一下最普遍的例子。

使用Thread.interrupt()中斷執行緒

正如Listing A中所描述的，Thread.interrupt()方法不會中斷一個正在執行的執行緒。這一方法實際上完成的是，線上程受到阻塞時丟擲一箇中斷訊號，這樣執行緒就得以退出阻塞的狀態。更確切的說，如果執行緒被Object.wait, Thread.join和Thread.sleep三種方法之一阻塞，那麼，它將接收到一箇中斷異常（InterruptedException），從而提早地終結被阻塞狀態。

因此，如果執行緒被上述幾種方法阻塞，正確的停止執行緒方式是設定共享變數，並呼叫interrupt()（注意變數應該先設定）。如果執行緒沒有被阻塞，這時呼叫interrupt()將不起作用；否則，執行緒就將得到異常（該執行緒必須事先預備好處理此狀況），接著逃離阻塞狀態。在任何一種情況中，最後執行緒都將檢查共享變數然後再停止。Listing C這個示例描述了該技術。

Listing C

class
 Example3 
extends
 Thread {

    
volatile
 
boolean
 stop = 
false
;

    
public
 
static
 
void
 main(String args[]) 
throws
 Exception {
        Example3 thread = 
new
 Example3();
        System.out.println(
"Starting thread..."
);
        thread.start();
        Thread.sleep(
3000
);
        System.out.println(
"Asking thread to stop..."
);
        thread.stop = 
true
;
// 如果執行緒阻塞，將不會檢查此變數 
        thread.interrupt();
        Thread.sleep(
3000
);
        System.out.println(
"Stopping application..."
);
        
// System.exit( 0 ); 
    }

    
public
 
void
 run() {
        
while
 (!stop) {
            System.out.println(
"Thread running..."
);
            
try
 {
                Thread.sleep(
1000
);
            } 
catch
 (InterruptedException e) {
                System.out.println(
"Thread interrupted..."
);
            }
        }
        System.out.println(
"Thread exiting under request..."
);
    }
}

一旦Listing C中的Thread.interrupt()被呼叫，執行緒便收到一個異常，於是逃離了阻塞狀態並確定應該停止。執行以上程式碼將得到下面的輸出：

Starting thread...

Thread running...

Asking thread to stop...

Thread interrupted...

Thread exiting under request...

Stopping application...

中斷I/O操作
然而，如果執行緒在I/O操作進行時被阻塞，又會如何？I/O操作可以阻塞執行緒一段相當長的時間，特別是牽扯到網路應用時。例如，伺服器可能需要等待一個請求（request），又或者，一個網路應用程式可能要等待遠端主機的響應。

如果你正使用通道（channels）（這是在Java 1.4中引入的新的I/O API），那麼被阻塞的執行緒將收到一個ClosedByInterruptException異常。如果情況是這樣，其程式碼的邏輯和第三個例子中的是一樣的，只是異常不同而已。

但是，你可能正使用Java1.0之前就存在的傳統的I/O，而且要求更多的工作。既然這樣，Thread.interrupt()將不起作用，因為執行緒將不會退出被阻塞狀態。Listing D描述了這一行為。儘管interrupt()被呼叫，執行緒也不會退出被阻塞狀態

Listing D

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

class
 Example4 
extends
 Thread {
    
public
 
static
 
void
 main(String args[]) 
throws
 Exception {
        Example4 thread = 
new
 Example4();
        System.out.println(
"Starting thread..."
);
        thread.start();
        Thread.sleep(
3000
);
        System.out.println(
"Interrupting thread..."
);
        thread.interrupt();
        Thread.sleep(
3000
);
        System.out.println(
"Stopping application..."
);
        
// System.exit( 0 ); 
    }

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

很幸運，Java平臺為這種情形提供了一項解決方案，即呼叫阻塞該執行緒的套接字的close()方法。在這種情形下，如果執行緒被I/O操作阻塞，該執行緒將接收到一個SocketException異常，這與使用interrupt()方法引起一個InterruptedException異常被丟擲非常相似。

唯一要說明的是，必須存在socket的引用（reference），只有這樣close()方法才能被呼叫。這意味著socket物件必須被共享。Listing E描述了這一情形。執行邏輯和以前的示例是相同的。

Listing E

import
 java.net.*;
import
 java.io.*;

class
 Example5 
extends
 Thread {
    
volatile
 
boolean
 stop = 
false
;

    
volatile
 ServerSocket socket;

    
public
 
static
 
void
 main(String args[]) 
throws
 Exception {
        Example5 thread = 
new
 Example5();
        System.out.println(
"Starting thread..."
);
        thread.start();
        Thread.sleep(
3000
);
        System.out.println(
"Asking thread to stop..."
);
        thread.stop = 
true
;
        thread.socket.close();
        Thread.sleep(
3000
);
        System.out.println(
"Stopping application..."
);
        
// System.exit( 0 ); 
    }

    
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..."
);
    }
}

以下是執行Listing E中程式碼後的輸出：

Starting thread...

Waiting for connection...

Asking thread to stop...

accept() failed or interrupted...

Thread exiting under request...

Stopping application...

多執行緒是一個強大的工具，然而它正呈現出一系列難題。其中之一是如何中斷一個正在執行的執行緒。如果恰當地實現，使用上述技術中斷執行緒將比使用Java平臺上已經提供的內嵌操作更為簡單。

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