Thread类源码解读(3)——线程中断interrupt

前言

线程中断是一个很重要的概念,通常,取消一个任务的执行,最好的,同时也是最合理的方法,就是通过中断。

本篇我们主要还是通过源码分析来看看中断的概念。

本文的源码基于JDK1.8

Interrupt status & InterruptedException

java线程的中断机制为我们提供了一个契机,使被中断的线程能够有机会从当前的任务中跳脱出来。而中断机制的最核心的两个概念就是interrupt statusInterruptedException

java中对于中断的大部分操作无外乎以下两点:

  1. 设置或者清除中断标志位
  2. 抛出InterruptedException

interrupt status

在java中,每一个线程都有一个中断标志位,表征了当前线程是否处于被中断状态,我们可以把这个标识位理解成一个boolean类型的变量,当我们中断一个线程时,将该标识位设为true,当我们清除中断状态时,将其设置为false, 其伪代码如下:

(注意,本文的伪代码部分是我个人所写,并不权威,只是帮助我自己理解写的)

// 注意,这是伪代码!!!
// 注意,这是伪代码!!!
// 注意,这是伪代码!!!
public class Thread implements Runnable {
    private boolean interruptFlag; // 中断标志位
    
    public boolean getInterruptFlag() {
        return this.interruptFlag;
    }
    
    public void setInterruptFlag(boolean flag) {
        this.interruptFlag = flag;
    }
}

然而,在Thread线程类里面,并没有类似中断标志位的属性,但是提供了获取中断标志位的接口:

/**
 * Tests if some Thread has been interrupted.  The interrupted state
 * is reset or not based on the value of ClearInterrupted that is
 * passed.
 */
private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted);

这是一个native方法,同时也是一个private方法,该方法除了能够返回当前线程的中断状态,还能根据ClearInterrupted参数来决定要不要重置中断标志位(reset操作相当于上面的interruptFlag = false)。

Thread类提供了两个public方法来使用该native方法:

public boolean isInterrupted() {
    return isInterrupted(false);
}

public static boolean interrupted() {
    return currentThread().isInterrupted(true);
}

其中isInterrupted调用了isInterrupted(false), ClearInterrupted参数为false, 说明它仅仅返回线程实例的中断状态,但是不会对现有的中断状态做任何改变,伪代码可以是:

// 注意,这是伪代码!!!
// 注意,这是伪代码!!!
// 注意,这是伪代码!!!
public boolean isInterrupted() {
    return interruptFlag; //直接返回Thread实例的中断状态
}

interrupted是一个静态方法,所以它可以由Thread类直接调用,自然就是作用于当前正在执行的线程,所以函数内部使用了currentThread()方法,与isInterrupted()方法不同的是,它的ClearInterrupted参数为true,在返回线程中断状态的同时,重置了中断标识位,伪代码可以是:

// 注意,这是伪代码!!!
// 注意,这是伪代码!!!
// 注意,这是伪代码!!!
public static boolean interrupted() {
    Thread current = Thread.currentThread(); // 获取当前正在执行的线程
    boolean interruptFlag = current.getInterruptFlag(); // 获取线程的中断状态
    current.setInterruptFlag(false); // 清除线程的中断状态
    return interruptFlag; //返回线程的中断状态
}

可见,isInterrupted()interrupted() 方法只涉及到中断状态的查询,最多是多加一步重置中断状态,并不牵涉到InterruptedException

不过值得一提的是,在我们能使用到的public方法中,interrupted()是我们清除中断的唯一方法。

InterruptedException

我们直接来看的源码:

/**
 * Thrown when a thread is waiting, sleeping, or otherwise occupied,
 * and the thread is interrupted, either before or during the activity.
 * Occasionally a method may wish to test whether the current
 * thread has been interrupted, and if so, to immediately throw
 * this exception.  The following code can be used to achieve
 * this effect:
 * <pre>
 *  if (Thread.interrupted())  // Clears interrupted status!
 *      throw new InterruptedException();
 * </pre>
 *
 * @author  Frank Yellin
 * @see     java.lang.Object#wait()
 * @see     java.lang.Object#wait(long)
 * @see     java.lang.Object#wait(long, int)
 * @see     java.lang.Thread#sleep(long)
 * @see     java.lang.Thread#interrupt()
 * @see     java.lang.Thread#interrupted()
 * @since   JDK1.0
 */
public class InterruptedException extends Exception {
    private static final long serialVersionUID = 6700697376100628473L;

    /**
     * Constructs an <code>InterruptedException</code> with no detail  message.
     */
    public InterruptedException() {
        super();
    }

    /**
     * Constructs an <code>InterruptedException</code> with the
     * specified detail message.
     *
     * @param   s   the detail message.
     */
    public InterruptedException(String s) {
        super(s);
    }
}

上面的注释是说,在线程处于“waiting, sleeping”甚至是正在运行的过程中,如果被中断了,就可以抛出该异常,我们先来回顾一下我们前面遇到过的抛出InterruptedException异常的例子:

(1) wait(long timeout)方法中的InterruptedException

/* 
 *
 * @param      timeout   the maximum time to wait in milliseconds.
 * @throws  IllegalArgumentException      if the value of timeout is
 *               negative.
 * @throws  IllegalMonitorStateException  if the current thread is not
 *               the owner of the object's monitor.
 * @throws  InterruptedException if any thread interrupted the
 *             current thread before or while the current thread
 *             was waiting for a notification.  The <i>interrupted
 *             status</i> of the current thread is cleared when
 *             this exception is thrown.
 * @see        java.lang.Object#notify()
 * @see        java.lang.Object#notifyAll()
 */
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;

该方法的注释中提到,如果在有别的线程在当前线程进入waiting状态之前或者已经进入waiting状态之后中断了当前线程,该方法就会抛出InterruptedException,同时,异常抛出后,当前线程的中断状态也会被清除。

(2) sleep(long millis)方法中的InterruptedException

/* @param  millis
 *         the length of time to sleep in milliseconds
 *
 * @throws  IllegalArgumentException
 *          if the value of {@code millis} is negative
 *
 * @throws  InterruptedException
 *          if any thread has interrupted the current thread. The
 *          <i>interrupted status</i> of the current thread is
 *          cleared when this exception is thrown.
 */
public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;

与上面的wait方法一致,如果当前线程被中断了,sleep方法会抛出InterruptedException,并且清除中断状态。

如果有其他方法直接或间接的调用了这两个方法,那他们自然也会在线程被中断的时候抛出InterruptedException,并且清除中断状态。例如:

  • wait()
  • wait(long timeout, int nanos)
  • sleep(long millis, int nanos)
  • join()
  • join(long millis)
  • join(long millis, int nanos)

这里值得注意的是,虽然这些方法会抛出InterruptedException,但是并不会终止当前线程的执行,当前线程可以选择忽略这个异常。

也就是说,无论是设置interrupt status 还是抛出InterruptedException,它们都是给当前线程的建议,当前线程可以选择采纳或者不采纳,它们并不会影响当前线程的执行。

至于在收到这些中断的建议后,当前线程要怎么处理,也完全取决于当前线程。

interrupt

上面我们说了怎么检查(以及清除)一个线程的中断状态,提到当一个线程被中断后,有一些方法会抛出InterruptedException。

下面我们就来看看怎么中断一个线程。

要中断一个线程,只需调用该线程的interrupt方法,其源码如下:

/**
 * Interrupts this thread.
 *
 * <p> Unless the current thread is interrupting itself, which is
 * always permitted, the {@link #checkAccess() checkAccess} method
 * of this thread is invoked, which may cause a {@link
 * SecurityException} to be thrown.
 *
 * <p> If this thread is blocked in an invocation of the {@link
 * Object#wait() wait()}, {@link Object#wait(long) wait(long)}, or {@link
 * Object#wait(long, int) wait(long, int)} methods of the {@link Object}
 * class, or of the {@link #join()}, {@link #join(long)}, {@link
 * #join(long, int)}, {@link #sleep(long)}, or {@link #sleep(long, int)},
 * methods of this class, then its interrupt status will be cleared and it
 * will receive an {@link InterruptedException}.
 *
 * <p> If this thread is blocked in an I/O operation upon an {@link
 * java.nio.channels.InterruptibleChannel InterruptibleChannel}
 * then the channel will be closed, the thread's interrupt
 * status will be set, and the thread will receive a {@link
 * java.nio.channels.ClosedByInterruptException}.
 *
 * <p> If this thread is blocked in a {@link java.nio.channels.Selector}
 * then the thread's interrupt status will be set and it will return
 * immediately from the selection operation, possibly with a non-zero
 * value, just as if the selector's {@link
 * java.nio.channels.Selector#wakeup wakeup} method were invoked.
 *
 * <p> If none of the previous conditions hold then this thread's interrupt
 * status will be set. </p>
 *
 * <p> Interrupting a thread that is not alive need not have any effect.
 *
 * @throws  SecurityException
 *          if the current thread cannot modify this thread
 *
 * @revised 6.0
 * @spec JSR-51
 */
public void interrupt() {
    if (this != Thread.currentThread())
        checkAccess();

    synchronized (blockerLock) {
        Interruptible b = blocker;
        if (b != null) {
            interrupt0();           // Just to set the interrupt flag
            b.interrupt(this);
            return;
        }
    }
    interrupt0();
}

上面的注释很长,我们一段一段来看:

/**
 * Interrupts this thread.
 *
 * <p> Unless the current thread is interrupting itself, which is
 * always permitted, the {@link #checkAccess() checkAccess} method
 * of this thread is invoked, which may cause a {@link
 * SecurityException} to be thrown.
 ...
 */

上面这段首先说明了这个函数的目的是中断这个线程,这个this thread,当然指的就是该方法所属的线程对象所代表的线程。

接着说明了,一个线程总是被允许中断自己,但是我们如果想要在一个线程中中断另一个线程的执行,就需要先通过checkAccess()检查权限。这有可能抛出SecurityException异常, 这段话用代码体现为:

if (this != Thread.currentThread())
    checkAccess();

我们接着往下看:

/*
 ...
 * <p> If this thread is blocked in an invocation of the {@link
 * Object#wait() wait()}, {@link Object#wait(long) wait(long)}, or {@link
 * Object#wait(long, int) wait(long, int)} methods of the {@link Object}
 * class, or of the {@link #join()}, {@link #join(long)}, {@link
 * #join(long, int)}, {@link #sleep(long)}, or {@link #sleep(long, int)},
 * methods of this class, then its interrupt status will be cleared and it
 * will receive an {@link InterruptedException}.
 ...
 */

上面这段是说,如果线程因为以下方法的调用而处于阻塞中,那么(调用了interrupt方法之后),线程的中断标志会被清除,并且收到一个InterruptedException:

  • Object的方法

    • wait()
    • wait(long)
    • wait(long, int)
  • Thread的方法

    • join()
    • join(long)
    • join(long, int)
    • sleep(long)
    • sleep(long, int)

关于这一点,我们上面在分析InterruptedException的时候已经分析过了。

这里插一句,由于上面这些方法在抛出InterruptedException异常后,会同时清除中断标识位,因此当我们此时不想或者无法传递InterruptedException异常,也不对该异常做任何处理时,我们最好通过再次调用interrupt来恢复中断的状态,以供上层调用者处理,这一点,我们在逐行分析AQS源码(二): 锁的释放的最后就说明过这种用法。

接下来的两段注释是关于NIO的,我们暂时不看,直接看最后两段:

/*
 ...
 * <p> If none of the previous conditions hold then this thread's interrupt
 * status will be set. </p>
 *
 * <p> Interrupting a thread that is not alive need not have any effect.
 */

这段话是说:

  • 如果线程没有因为上面的函数调用而进入阻塞状态的话,那么中断这个线程仅仅会设置它的中断标志位(而不会抛出InterruptedException)
  • 中断一个已经终止的线程不会有任何影响。

注释看完了之后我们再来看代码部分,其实代码部分很简单,中间那段同步代码块是和NIO有关的,我们可以暂时不管,整个方法的核心调用就是interrupt0()方法,而它是一个native方法:

private native void interrupt0();

这个方法所做的事情很简单:

Just to set the interrupt flag

所以,至此我们明白了,所谓“中断一个线程”,其实并不是让一个线程停止运行,仅仅是将线程的中断标志设为true, 或者在某些特定情况下抛出一个InterruptedException,它并不会直接将一个线程停掉,在被中断的线程的角度看来,仅仅是自己的中断标志位被设为true了,或者自己所执行的代码中抛出了一个InterruptedException异常,仅此而已。

终止一个线程

既然上面我们提到了,中断一个线程并不会使得该线程停止执行,那么我们该怎样终止一个线程的执行呢。早期的java中提供了stop()方法来停止一个线程,但是这个方法是不安全的,所以已经被废弃了。现在终止一个线程,基本上只能靠“曲线救国”式的中断来实现。

终止处于阻塞状态的线程

前面我们说过,当一个线程因为调用wait,sleep,join方法而进入阻塞状态后,若在这时中断这个线程,则这些方法将会抛出InterruptedException异常,我们可以利用这个异常,使线程跳出阻塞状态,从而终止线程。

@Override
public void run() {
    while(true) {
        try {
            // do some task
            // blocked by calling wait/sleep/join
        } catch (InterruptedException ie) {  
            // 如果该线程被中断,则会抛出InterruptedException异常
            // 我们通过捕获这个异常,使得线程从block状态退出
            break; // 这里使用break, 可以使我们在线程中断后退出死循环,从而终止线程。
        }
    }
}

终止处于运行状态的线程

与中断一个处于阻塞状态所不同的是,中断一个处于运行状态的线程只会将该线程的中断标志位设为true, 而并不会抛出InterruptedException异常,为了能在运行过程中感知到线程已经被中断了,我们只能通过不断地检查中断标志位来实现:

@Override
public void run() {
    while (!isInterrupted()) {
        // do some task...
    }
}

这里,我们每次循环都会先检查中断标志位,只要当前线程被中断了,isInterrupted()方法就会返回true,从而终止循环。

终止一个Alive的线程

上面我们分别介绍了怎样终止一个处于阻塞状态或运行状态的线程,如果我们将这两种方法结合起来,那么就可以同时应对这两种状况,从而能够终止任意一个存活的线程:

@Override
public void run() {
    try {
        // 1. isInterrupted() 用于终止一个正在运行的线程。
        while (!isInterrupted()) {
            // 执行任务...
        }
    } catch (InterruptedException ie) {  
        // 2. InterruptedException异常用于终止一个处于阻塞状态的线程
    }
}

不过使用这两者的组合一定要注意,wait,sleep,join等方法抛出InterruptedException有一个副作用: 清除当前的中断标志位,所以不要在异常抛出后不做任何处理,而寄望于用isInterrupted()方法来判断,因为中标志位已经被重置了,所以下面这种写法是不对的:

@Override
public void run() {
    //isInterrupted() 用于终止一个正在运行的线程。
    while (!isInterrupted()) {
        try {
                // 执行任务...
            }
        } catch (InterruptedException ie) {  
            // 在这里不做任何处理,仅仅依靠isInterrupted检测异常
        }
    }
}

这个方法中,在catch块中我们检测到异常后没有使用break方法跳出循环,而此时中断状态已经被重置,当我们再去调用isInterrupted,依旧会返回false, 故线程仍然会在while循环中执行,无法被中断。

总结

Java没有提供一种安全直接的方法来停止某个线程,但是提供了中断机制。对于被中断的线程,中断只是一个建议,至于收到这个建议后线程要采取什么措施,完全由线程自己决定。

中断机制的核心在于中断状态和InterruptedException异常

中断状态:

  • 设置一个中断状态: Thread#interrupt
  • 清除一个中断状态: Thread.interrupted

Thread.interrupted方法同时会返回线程原来的中断的状态。
如果仅仅想查看线程当前的中断状态而不清除原来的状态,则应该使用Thread#isInterrupted。

某些阻塞方法在抛出InterruptedException异常后,会同时清除中断状态。若不能对该异常做出处理也无法向上层抛出,则应该通过再次调用interrupt方法恢复中断状态,以供上层处理,通常情况下我们都不应该屏蔽中断请求。

中断异常:

中断异常一般是线程被中断后,在一些block类型的方法(如wait,sleep,join)中抛出。

我们可以使用Thread#interrupt中断一个线程,被中断的线程所受的影响为以下两种之一:

  • 若被中断前,该线程处于非阻塞状态,那么该线程的中断状态被设为true, 除此之外,不会发生任何事。
  • 若被中断前,该线程处于阻塞状态(调用了wait,sleep,join等方法),那么该线程将会立即从阻塞状态中退出,并抛出一个InterruptedException异常,同时,该线程的中断状态被设为false, 除此之外,不会发生任何事。

无论是中断状态的改变还是InterruptedException被抛出,这些都是当前线程可以感知到的”建议”,如果当前线程选择忽略这些建议(例如简单地catch住异常继续执行),那么中断机制对于当前线程就没有任何影响,就好像什么也没有发生一样。

所以,中断一个线程,只是传递了请求中断的消息,并不会直接阻止一个线程的运行。

(完)

    原文作者:Java多线程
    原文地址: https://segmentfault.com/a/1190000016083002
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