Java執行緒中斷的本質深入理解

滄海一滴發表於2014-04-07

 

 

Java的中斷是一種協作機制。也就是說呼叫執行緒物件的interrupt方法並不一定就中斷了正在執行的執行緒,它只是要求執行緒自己在合適的時機中斷自己。

一、Java中斷的現象 
首先,看看Thread類裡的幾個方法: 

public static boolean interrupted 測試當前執行緒是否已經中斷。執行緒的中斷狀態 由該方法清除。換句話說,如果連續兩次呼叫該方法,則第二次呼叫將返回 false(在第一次呼叫已清除了其中斷狀態之後,且第二次呼叫檢驗完中斷狀態前,當前執行緒再次中斷的情況除外)。
boolean isInterrupted()
測試執行緒是否已經中斷。執行緒的中斷狀態 不受該方法的影響。
public void interrupt() 中斷執行緒。

 

 

上面列出了與中斷有關的幾個方法及其行為,可以看到interrupt是中斷執行緒。如果不瞭解Java的中斷機制,這樣的一種解釋極容易造成誤解,認為呼叫了執行緒的interrupt方法就一定會中斷執行緒。

 其實,Java的中斷是一種協作機制。也就是說呼叫執行緒物件的interrupt方法並不一定就中斷了正在執行的執行緒,它只是要求執行緒自己在合適的時機中斷自己。每個執行緒都有一個boolean的中斷狀態(不一定就是物件的屬性,事實上,該狀態也確實不是Thread的欄位),interrupt方法僅僅只是將該狀態置為true 。

經執行可以發現,程式丟擲異常停止了,run方法裡的後兩條列印語句沒有執行。那麼,區別在哪裡?

一般說來,如果一個方法宣告丟擲InterruptedException,表示該方法是可中斷的(沒有在方法中處理中斷卻也宣告丟擲 InterruptedException的除外),也就是說可中斷方法會對interrupt呼叫做出響應(例如sleep響應interrupt的操 作包括清除中斷狀態,丟擲InterruptedException)。

如果interrupt呼叫是在可中斷方法之前呼叫,可中斷方法一定會處理中斷,像上面的例子,interrupt方法極可能在run未進入sleep的 時候就呼叫了,但sleep檢測到中斷,就會處理該中斷。如果在可中斷方法正在執行中的時候呼叫interrupt,會怎麼樣呢?這就要看可中斷方法處理 中斷的時機了,只要可中斷方法能檢測到中斷狀態為true,就應該處理中斷。讓我們為開頭的那段程式碼加上中斷處理。 

那麼自定義的可中斷方法該如何處理中斷呢?那就是在適合處理中斷的地方檢測執行緒中斷狀態並處理。

 

這段程式碼中檢測中斷用了Thread的靜態方法interrupted,它將中斷狀態置為false,並將之前的狀態返回,而isInterrupted只是檢測中斷,並不改變中斷狀態。一般來說,處理過了中斷請求,應該將其狀態置為false。但具體還要看實際情形。 

二、Java中斷的本質 
在歷史上,Java試圖提供過搶佔式限制中斷,但問題多多,例如已被廢棄的 Thread.stop、Thread.suspend和 Thread.resume等。另一方面,出於Java應用程式碼的健壯性的考慮,降低了程式設計門檻,減少不清楚底層機制的程式設計師無意破壞系統的概率。 

如今,Java的執行緒排程不提供搶佔式中斷,而採用協作式的中斷。其實,協作式的中斷,原理很簡單,就是輪詢某個表示中斷的標記,我們在任何普通程式碼的中都可以實現

 

 

通常情況下,呼叫執行緒的interrupt方法,並不能立即引發中斷, 只是設定了JVM內部的中斷標記。因此,通過檢查中斷標記,應用程式可以做一些特殊操作,也可以完全忽略中斷。 

 

你可能想,如果JVM只提供了這種簡陋的中斷機制,那和應用程式自己定義中斷變數並輪詢的方法相比,基本也沒有什麼優勢。

JVM內部中斷變數的主要優勢,就是對於某些情況,提供了模擬自動“中斷陷入”的機制。 

在執行涉及執行緒排程的阻塞呼叫時(例如wait、sleep和join),如果發生中斷,被阻塞執行緒會“儘可能快的”丟擲InterruptedException。因此,我們就可以用下面的程式碼框架來處理執行緒阻塞中斷:

 

所謂“儘可能快”,我猜測JVM就是線上程排程排程的間隙檢查中斷變數,速度取決於JVM的實現和硬體的效能。  

 

三、一些不會丟擲 InterruptedException 的執行緒阻塞操作 
然而,對於某些執行緒阻塞操作,JVM並不會自動丟擲InterruptedException異常。例如,某些I/O操作和內部鎖操作。對於這類操作,可以用其他方式模擬中斷: 
1)java.io中的非同步socket I/O 
讀寫socket的時候,InputStream和OutputStream的read和write方法會阻塞等待,但不會響應java中斷。不過,呼叫Socket的close方法後,被阻塞執行緒會丟擲SocketException異常。 
2)利用Selector實現的非同步I/O 
如果執行緒被阻塞於Selector.select(在java.nio.channels中),呼叫wakeup方法會引起ClosedSelectorException異常。 
3)鎖獲取 
如果執行緒在等待獲取一個內部鎖,我們將無法中斷它。但是,利用Lock類的lockInterruptibly方法,我們可以在等待鎖的同時,提供中斷能力。

 四、兩條程式設計原則 
另外,在任務與執行緒分離的框架中,任務通常並不知道自身會被哪個執行緒呼叫,也就不知道呼叫執行緒處理中斷的策略。所以,在任務設定了執行緒中斷標記後,並不能確保任務會被取消。因此,有以下兩條程式設計原則: 
1)除非你知道執行緒的中斷策略,否則不應該中斷它。 
這條原則告訴我們,不應該直接呼叫Executer之類框架中執行緒的interrupt方法,應該利用諸如Future.cancel的方法來取消任務。

2)任務程式碼不該猜測中斷對執行執行緒的含義。 
這條原則告訴我們,一般程式碼遇在到InterruptedException異常時,不應該將其捕獲後“吞掉”,而應該繼續向上層程式碼丟擲。 
總之,Java中的非搶佔式中斷機制,要求我們必須改變傳統的搶佔式中斷思路,在理解其本質的基礎上,採用相應的原則和模式來程式設計。 

 

interrupt() 與 cancel()的區別
   兩者實際上都是中斷執行緒,但是後者更安全、有條理和高效,其原因跟推薦使用Executor而不直接使用Thread類是一致的。所以結合上面講到的原則,我們應儘量採用cancel()方法,呼叫執行緒管理器ExecutorService介面的submit(Runnable task) 方法會返回一個Future<?>物件,然後呼叫Future.cancel()的方法來取消任務,並返回一個boolean值。
 
 

Object類的wait方法的API:
http://bbs.csdn.net/topics/390253732
丟擲:
IllegalMonitorStateException - 如果當前的執行緒不是此物件監視器的所有者。
InterruptedException - 如果在當前執行緒等待通知之前或者正在等待通知時,另一個執行緒中斷了當前執行緒。在丟擲此異常時,當前執行緒的中斷狀態 被清除。

 

 wait
public final void wait()
throws InterruptedException在其他執行緒呼叫此物件的 notify() 方法或 notifyAll() 方法前,導致當前執行緒等待。換句話說,此方法的行為就好像它僅執行 wait(0) 呼叫一樣。
當前執行緒必須擁有此物件監視器。該執行緒釋出對此監視器的所有權並等待,直到其他執行緒通過呼叫 notify 方法,或 notifyAll 方法通知在此物件的監視器上等待的執行緒醒來。然後該執行緒將等到重新獲得對監視器的所有權後才能繼續執行。

對於某一個引數的版本,實現中斷和虛假喚醒是可能的,而且此方法應始終在迴圈中使用:

synchronized (obj) {
while (<condition does not hold>)
obj.wait();
... // Perform action appropriate to condition
}
此方法只應由作為此物件監視器的所有者的執行緒來呼叫。有關執行緒能夠成為監視器所有者的方法的描述,請參閱 notify 方法。

丟擲:
IllegalMonitorStateException - 如果當前執行緒不是此物件監視器的所有者。
InterruptedException - 如果在當前執行緒等待通知之前或者正在等待通知時,任何執行緒中斷了當前執行緒。在丟擲此異常時,當前執行緒的中斷狀態 被清除。

 

 

 

 

 

 

http://my.oschina.net/bayuanqian/blog/160491

 

相關文章