朴实的聊聊很多人会误解/不懂的Java并发中断机制

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  • 你有一个思想,我有一个思想,我们交换后,一个人就有两个思想
  • If you can NOT explain it simply, you do NOT understand it well enough

横看成岭侧成峰,远近高低各不同,并发编程理论系列基本已经结束,相信大家有了理论的铺垫,近看源码才能发现其设计之美,不会一头雾水


本来是要介绍 AQS 作为我们走进并发编程源码环节的第一步,但 AQS 涉及的知识点也还真有点多,每一个都够单独拿出来说一说,恰巧有朋友私信我“不理解线程的中断机制”,中断机制又恰巧是 AQS API实现的一部分,更贯穿于整个并发编程内容中。于是就打算单独说一说这个小机制,先让大家做到心中有 number

在学习/编写并发程序时,总会听到/看到如下词汇:

  • 线程被中断或抛出InterruptedException
  • 设置了中断标识
  • 清空了中断标识
  • 判断线程是否被中断

在 Java Thread 类又提供了长相酷似,让人傻傻分不清的三个方法来处理并发中断问题:

  • interrupt()
  • interrupted()
  • isInterrupted()

看到这我不禁会问自己:

什么是中断机制?

刚刚接触【中断】这个词时,先入为主的概念就是“直接中断/打断”正在做的事,使其停止。我的理解是这样的:

你:在打游戏

女朋友:别打游戏了,赶快过来吃饭

你:听到女朋友招呼之后立马中断手中的游戏乖乖过去吃饭

在多线程编程中,中断是一种【协同】机制,怎么理解这么高大上的词呢?就是女朋友叫你吃饭,你收到了中断游戏通知,但是否马上放下手中的游戏去吃饭看你心情 。在程序中怎样演绎这个心情就看具体的业务逻辑了,Java 的中断机制就是这么简单

如果还没改变这个先入为主的概念,我怀你你没有女朋友, 我们拥抱一下

为什么会有中断机制?

中断是一种协同机制,我觉得就是解决【当局者迷】的状况

现实中,你努力忘我没有昼夜的工作,如果再没有人告知你中断,你身体是吃不消的。

在多线程的场景中,有的线程可能迷失在怪圈无法自拔(自旋浪费资源),这时就可以用其他线程在恰当的时机给它个中断通知,被“中断”的线程可以选择在恰当的时机选择跳出怪圈,最大化的利用资源

那程序中如何中断?怎样识别是否中断?又如何处理中断呢?这就与上文提到的三个方法有关了

interrupt() VS isInterrupted() VS interrupted()

Java 的每个线程对象里都有一个 boolean 类型的标识,代表是否有中断请求,可你寻遍 Thread 类你也不会找到这个标识,因为这是通过底层 native 方法实现的。

interrupt()

interrupt() 方法是 唯一一个 可以将上面提到中断标志设置为 true 的方法,从这里可以看出,这是一个 Thread 类 public 的对象方法,所以可以推断出任何线程对象都可以调用该方法,进一步说明就是可以一个线程 interrupt 其他线程,也可以 interrupt 自己。其中,中断标识的设置是通过 native 方法 interrupt0 完成的

在 Java 中,线程被中断的反应是不一样的,脾气不好的直接就抛出了 InterruptedException()

该方法注释上写的很清楚,当线程被阻塞在:

  1. wait()
  2. join()
  3. sleep()

这些方法时,如果被中断,就会抛出 InterruptedException 受检异常(也就是必须要求我们 catch 进行处理的)

熟悉 JUC 的朋友可能知道,其实被中断抛出 InterruptedException 的远远不止这几个方法,比如:

反向推理,这些可能阻塞的方法如果声明有 throws InterruptedException , 也就暗示我们它们是可中断的

调用 interrput() 方法后,中断标识就被设置为 true 了,那我们怎么利用这个中断标识,来判断某个线程中断标识到底什么状态呢?

isInterrupted()

这个方法名起的非常好,因为比较符合我们 bean boolean 类型字段的 get 方法规范,没错,该方法就是返回中断标识的结果:

  • true:线程被中断,
  • false:线程没被中断或被清空了中断标识(如何清空我们一会看)

拿到这个标识后,线程就可以判断这个标识来执行后续的逻辑了。有起名好的,也有起名不好的,就是下面这个方法:

interrupted()

按照常规翻译,过去时时态,这就是“被打断了/被打断的”,其实和上面的 isInterrupted() 方法差不多,两个方法都是调用 private 的 isInterrupted() 方法, 唯一差别就是会清空中断标识(这是从方法名中怎么也看不出来的)

因为调用该方法,会返回当前中断标识,同时会清空中断标识,就有了那一段有点让人迷惑的方法注释:

来段程序你就会明白上面注释的意思了:

Thread.currentThread().isInterrupted(); // true
Thread.interrupted() // true,返回true后清空了中断标识将其置为 false
Thread.currentThread().isInterrupted(); // false
Thread.interrupted() // false

这个方法总觉得很奇怪,现实中有什么用呢?

当你可能要被大量中断并且你想确保只处理一次中断时,就可以使用这个方法了

该方法在 JDK 源码中应用也非常多,比如(后续文章会具体分析,这里知道该方法的作用和使用场景就好):

相信到这里你已经能明确分辨三胞胎都是谁,并发挥怎样的作用了,那么有哪些场景我们可以使用中断机制呢?

中断机制的使用场景

通常,中断的使用场景有以下几个

  • 点击某个桌面应用中的关闭按钮时(比如你关闭 IDEA,不保存数据直接中断好吗?);
  • 某个操作超过了一定的执行时间限制需要中止时;
  • 多个线程做相同的事情,只要一个线程成功其它线程都可以取消时;
  • 一组线程中的一个或多个出现错误导致整组都无法继续时;

因为中断是一种协同机制,提供了更优雅中断方式,也提供了更多的灵活性,所以当遇到如上场景等,我们就可以考虑使用中断机制了

使用中断机制有哪些注意事项

其实使用中断机制无非就是注意上面说的两项内容:

  1. 中断标识
  2. InterruptedException

前浪已经将其总结为两个通用原则,我们后浪直接站在肩膀上用就可以了,来看一下这两个原则是什么:

原则-1

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

原则-2

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 Thread.currentThread.interrupt() 来重新设置中断状态。

再通过个例子来加深一下理解:

本意是当前线程被中断之后,退出while(true), 你觉得代码有问题吗?(先不要向下看)
Thread th = Thread.currentThread();
while(true) {
  if(th.isInterrupted()) {
    break;
  }
  // 省略业务代码
  try {
    Thread.sleep(100);
  }catch (InterruptedException e){
    e.printStackTrace();
  }
}

打开 Thread.sleep 方法:

sleep 方法抛出 InterruptedException后,中断标识也被清空置为 false,我们在catch 没有通过调用 th.interrupt() 方法再次将中断标识置为 true,这就导致无限循环了

这两个原则很好理解。总的来说,我们应该留意 InterruptedException,当我们捕获到该异常时,绝不可以默默的吞掉它,什么也不做,因为这会导致上层调用栈什么信息也获取不到。其实在编写程序时,捕获的任何受检异常我们都不应该吞掉

JDK 中有哪些使用中断机制的地方呢?

中断机制贯穿整个并发编程中,这里只简单列觉大家经常会使用的,我们可以通过阅读JDK源码来进一步了解中断机制以及学习如何使用中断机制

ThreadPoolExecutor

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

FutureTask

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

总结

到这里你应该理解Java 并发编程中断机制的含义了,它是一种协同机制,和你先入为主的概念完全不一样。区分了三个相近方法,说明了使用场景以及使用原则,同时又给出JDK源码一些常见案例,相信你已经胸中有沟壑了,接下来,跟上节奏,我们陆续走进源码吧

灵魂追问

  1. 抛出 InterruptedException 后,中断标识就一定被清空吗?
  2. 处在死锁状态的线程是否可以被中断呢?
  3. 进入临界区的线程能否被中断呢?如果不能有什么办法能响应中断吗?
  4. 个人感觉interrupted这个方法名称不是特别好,如果你也觉得不好,让你设计这个地方,你有什么想法?
有朋友可能会问文章开头的图,同时看一个类的不同部分怎么实现的?不等您开口,我就全盘的招了,其实就是屏幕分割(在文件上鼠标右键->选择水平/垂直分割),这样在同时查看某些代码时还是很方便的(带鱼屏垂直分割真是爽翻天),保姆式演示如下:

参考

  1. Java 并发编程实战
  2. Java并发编程的艺术
  3. https://www.infoq.cn/article/...
  4. https://coderanch.com/t/23733...
  5. https://dzone.com/articles/wa...

日拱一兵 | 原创

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