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并发基础(八) java线程的中断机制

发布时间:2019-07-08 21:14 来源:未知 编辑:admin

  当我们点击某个杀毒软件的取消按钮来停止查杀病毒时,当我们在控制台敲入quit命令以结束某个后台服务时……都需要通过一个线程去取消另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停止某个线程,但是Java提供了中断机制。

  如果对Java中断没有一个全面的了解,可能会误以为被中断的线程将立马退出运行,但事实并非如此。中断机制是如何工作的?捕获或检测到中断后,是抛出InterruptedException还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?什么情况下需要使用中断?本文将从以上几个方面进行描述。

  Java中断机制是一种协作机制,也就是说通过中断并不能直接终止另一个线程,而需要被中断的线程自己处理中断。这好比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,怎么注意身体则完全取决于自己。

  Java中断模型也是这么简单,每个线程对象里都有一个boolean类型的标识(不一定就要是Thread类的字段,实际上也的确不是,这几个方法最终都是通过native方法来完成的),代表着是否有中断请求(该请求可以来自所有线程,包括被中断的线程本身)。例如,当线,只需要在线对象的中断标识置为true,然后线可以选择在合适的时候处理该中断请求,甚至可以不理会该请求,就像这个线程没有被中断一样。

  其中,interrupt方法是唯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,很容易造成误解,需要特别注意。

  上面的例子中,线通过调用interrupt方法将线的中断状态置为true,t2可以在合适的时候调用interrupted或isInterrupted来检测状态并做相应的处理。

  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,如果传入的参数为true,它将会在正在运行异步任务的线程上调用interrupt方法,如果正在执行的异步任务中的代码没有对中断做出响应,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作线程并调用线程的interrupt方法来中断线程,所以如果工作线程中正在执行的任务没有对中断做出响应,任务将一直执行直到正常结束。

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

  显然,作为一种协作机制,不会强求被中断线程一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即可,如果没有合适的时间点,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一样。“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无法中断的方法之前等,但多半不会出现在某个临界区更新另一个对象状态的时候,因为这可能会导致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下降,相反,检查的较少可能使中断请求得不到及时响应。如果发出中断请求之后,被中断的线程继续执行一段时间不会给系统带来灾难,那么就可以将中断处理放到方便检查中断,同时又能从一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,可能需要建立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。

  如果遇到的是可中断的阻塞方法抛出InterruptedException,可以继续向方法调用栈的上层抛出该异常,如果是检测到中断,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。

  若有时候不太方便在方法上抛出InterruptedException,比如要实现的某个接口中的方法签名上没有throws InterruptedException,这时就可以捕获可中断方法的InterruptedException并通过errupt()来重新设置中断状态。如果是检测并清除了中断状态,亦是如此。

  一般的代码中,尤其是作为一个基础类库时,绝不应当吞掉中断,即捕获到InterruptedException后在catch里什么也不做,清除中断状态后又不重设中断状态也不抛出InterruptedException等。因为吞掉中断状态会导致方法调用栈的上层得不到这些信息。

  当然,凡事总有例外的时候,当你完全清楚自己的方法会被谁调用,而调用者也不会因为中断被吞掉了而遇到麻烦,就可以这么做。

  总得来说,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,作为amethod的用户来说,他并不知道里面的细节,如果用户在调用amethod后也要使用中断来做些事情,那么在调用amethod之后他将永远也检测不到中断了,因为中断信息已经被amethod清除掉了。如果作为用户,遇到这样有问题的类库,又不能修改代码,那该怎么处理?只好在自己的类里设置一个自己的中断状态,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。

  程序里发现中断后该怎么响应?这就得视实际情况而定了。有些程序可能一检测到中断就立马将线程终止,有些可能是退出当前执行的任务,继续执行下一个任务……作为一种协作机制,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,如做一些事务回滚操作,一些清理工作,一些补偿操作等。若不确定调用某个线程的interrupt后该线程会做出什么样的响应,那就不应当中断该线. 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与中断机制有着相似之处。如当线程在等待内置锁或IO时,stop跟interrupt一样,不会中止这些操作;当catch住stop导致的异常时,程序也可以继续执行,虽然stop本意是要停止线程,这么做会让程序行为变得更加混乱。

  那么它们的区别在哪里?最重要的就是中断需要程序自己去检测然后做相应的处理,而Thread.stop会直接在代码执行过程中抛出ThreadDeath错误,这是一个java.lang.Error的子类。

  这个例子很简单,线程t里面做了一个非常耗时的排序操作,排序方法中,只有简单的加、减、赋值、比较等操作,一个可能的执行结果如下:

  如果线程当前正持有锁,stop之后则会释放该锁。由于此错误可能出现在很多地方,那么这就让编程人员防不胜防,极易造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,以避免并发时产生竞态条件而导致该关系失效。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,如果没有捕获住stop导致的Error,low的值就为15,high还是10,这导致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!如果在给low赋值的时候catch住stop导致的Error则可能使后面high变量的赋值继续,但是谁也不知道Error会在哪条语句抛出,如果对象状态之间的关系更复杂呢?这种方式几乎是无法维护的,太复杂了!如果是中断操作,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。

  在这个程序中,输入quit完全可以执行System.exit(0)操作来退出程序,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。

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