從 JDK 源碼角度看 java 并發(fā)線程的中斷
線程的定義給我們提供了并發(fā)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)的方式，大多數(shù)情況下我們會(huì)讓每個(gè)任務(wù)都自行執(zhí)行結(jié)束，這樣能保證事務(wù)的一致性，但是有時(shí)我們希望在任務(wù)執(zhí)行中取消任務(wù)，使線程停止。在java中要讓線程安全、快速、可靠地停下來并不是一件容易的事，java也沒有提供任何可靠的方法終止線程的執(zhí)行。
從 JDK 源碼角度看 java 并發(fā)線程的中斷
線程調(diào)度策略中有搶占式和協(xié)作式兩個(gè)概念，與之類似的是中斷機(jī)制也有協(xié)作式和搶占式。
歷史上Java曾經(jīng)使用stop()方法終止線程的運(yùn)行，他們屬于搶占式中斷。但它引來了很多問題，早已被JDK棄用。調(diào)用stop()方法則意味著：
①將釋放該線程所持的所有鎖，而且鎖的釋放不可控。
②即刻將拋出ThreadDeath異常，不管程序運(yùn)行到哪里，但它不總是有效，如果存在被終止線程的鎖競爭；
第一點(diǎn)將導(dǎo)致數(shù)據(jù)一致性問題，這個(gè)很好理解，一般數(shù)據(jù)加鎖就是為了保護(hù)數(shù)據(jù)的一致性，而線程停止伴隨所持鎖的釋放，很可能導(dǎo)致被保護(hù)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)不一致性，最終導(dǎo)致程序運(yùn)算出現(xiàn)錯(cuò)誤。
第二點(diǎn)比較模糊，它要說明的問題就是可能存在某種情況stop()方法不能及時(shí)終止線程，甚至可能終止不了線程。看如下代碼會(huì)發(fā)生什么情況，看起來線程mt因?yàn)閳?zhí)行了stop()方法將停止，按理來說就算execut方法是一個(gè)死循環(huán)，只要執(zhí)行了stop()方法線程將結(jié)束，無限循環(huán)也將結(jié)束。其實(shí)不會(huì)，因?yàn)槲覀冊趀xecute方法使用了synchronized修飾，同步方法表示在執(zhí)行execute時(shí)將對mt對象進(jìn)行加鎖，另外，Thread的stop()方法也是同步的，于是在調(diào)用mt線程的stop()方法前必須獲取mt對象鎖，但mt對象鎖被execute方法占用，且不釋放，于是stop()方法永遠(yuǎn)獲取不了mt對象鎖，最后得到一個(gè)結(jié)論，使用stop()方法停止線程不可靠，它未必總能有效終止線程。
public class ThreadStop {
public static void main(String[] args) {
Thread mt= new MyThread();
mt.start(); try {
Thread.currentThread().sleep(100);
} catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
mt.stop();
} static class MyThread extends Thread {
public void run() {
execute();
}
private synchronized void execute() { while(true) {
}
}
}
}
經(jīng)歷了很長時(shí)間的發(fā)展，Java最終選擇用一種協(xié)作式的中斷機(jī)制實(shí)現(xiàn)中斷。協(xié)作式中斷的原理很簡單，其核心是先對中斷標(biāo)識進(jìn)行標(biāo)記，某線程設(shè)置某線程的中斷標(biāo)識位，被標(biāo)記了中斷位的線程在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間節(jié)點(diǎn)會(huì)拋出異常，捕獲異常后做相應(yīng)的處理。實(shí)現(xiàn)協(xié)作中斷有三個(gè)要點(diǎn)需要考慮：
①是在Java層面實(shí)現(xiàn)輪詢中斷標(biāo)識還是在JVM中實(shí)現(xiàn)；
②輪詢的顆粒度的控制，一般顆粒度要盡量小周期盡量短以保證響應(yīng)的及時(shí)性；
③輪詢的時(shí)間節(jié)點(diǎn)的選擇，其實(shí)就是在哪些方法里面輪詢，例如JVM將Thread類的wait()、sleep()、join()等方法都實(shí)現(xiàn)中斷標(biāo)識的輪詢操作。
中斷標(biāo)識放在哪里？中斷是針對線程實(shí)例而言，從Java層面上看，標(biāo)識變量放到線程中肯定再合適不過了，但由于由JVM維護(hù)，所以中斷標(biāo)識具體由本地方法維護(hù)。在Java層面僅僅留下幾個(gè)API用于操作中斷標(biāo)識，如下，
public class Thread{
public void interrupt() {……}
public Boolean isInterrupted() {……}
public static Booleaninterrupted() {……}
}
上面三個(gè)方法依次用于設(shè)置線程為中斷狀態(tài)、判斷線程狀態(tài)是否中斷、清除當(dāng)前線程中斷狀態(tài)并返回它之前的值。通過interrupt()方法設(shè)置中斷標(biāo)識，假如在非阻塞線程則僅僅只是改變了中斷狀態(tài)，線程將繼續(xù)往下運(yùn)行，但假如在可取消阻塞線程中，如正在執(zhí)行sleep()、wait()、join()等方法的線程則會(huì)因?yàn)楸辉O(shè)置了中斷狀態(tài)而拋出InterruptedException異常，程序?qū)Υ水惓２东@處理。
上面提到的三個(gè)要點(diǎn):
第一是輪詢在哪個(gè)層面實(shí)現(xiàn)，這個(gè)沒有特別的要求，在實(shí)際中只要不出現(xiàn)邏輯問題，在Java層面或JVM層面實(shí)現(xiàn)都是可以的，例如常用的線程睡眠、等待等操作是通過JVM實(shí)現(xiàn)，而java并發(fā)框架工具里面的中斷則放到Java實(shí)現(xiàn)，不管在哪個(gè)層面上去實(shí)現(xiàn)，在輪詢過程中都一定要能保證不會(huì)產(chǎn)生阻塞。
第二是要保證輪詢的顆粒度盡可能的小周期盡可能短，這關(guān)系到中斷響應(yīng)的速度。
第三點(diǎn)是關(guān)于輪詢的時(shí)間節(jié)點(diǎn)的選取。
針對三要點(diǎn)來看看java并發(fā)框架中是如何支持中斷的，主要在等待獲取鎖的`過程中提供中斷操作，下面是偽代碼。只需增加加紅加粗部分邏輯即可實(shí)現(xiàn)中斷支持，在循環(huán)體中每次循環(huán)都對當(dāng)前線程中斷標(biāo)識位進(jìn)行判斷，一旦檢查到線程被標(biāo)記為中斷則拋出InterruptedException異常，高層代碼對此異常捕獲處理即完成中斷處理。總結(jié)起來就是java并發(fā)工具獲取鎖的中斷機(jī)制是在Java層面實(shí)現(xiàn)的，輪詢時(shí)間節(jié)點(diǎn)選擇在不斷做嘗試獲取鎖操作過程中，每個(gè)循環(huán)的顆粒度比較小，響應(yīng)速度得以保證，且循環(huán)過程不存在阻塞風(fēng)險(xiǎn)，保證中斷檢測不會(huì)失效。
if(嘗試獲取鎖失敗) {
創(chuàng)建node
使用CAS方式把node插入到隊(duì)列尾部 while(true){ if(嘗試獲取鎖成功并且 node的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)為頭節(jié)點(diǎn)){
把當(dāng)前節(jié)點(diǎn)設(shè)置為頭節(jié)點(diǎn)
跳出循環(huán)
}else{
使用CAS方式修改node前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的waitStatus標(biāo)識為signal if(修改成功){
掛起當(dāng)前線程 if(當(dāng)前線程中斷位標(biāo)識為true)
拋出InterruptedException異常
}
}
}
}
判斷線程是否處于中斷狀態(tài)其實(shí)很簡單，只需使用Thread.interrupted()操作，如果為true則說明線程處于中斷位，并清除中斷位。至此java并發(fā)工具實(shí)現(xiàn)了支持中斷的獲取鎖操作。
本文從java發(fā)展過程分析了搶占式中斷及協(xié)作式中斷，由于搶占式存在一些缺陷現(xiàn)在已不推薦使用，而協(xié)作式中斷作為推薦做法，盡管在響應(yīng)時(shí)間較長，但其具有無可比擬的優(yōu)勢。
協(xié)作式中斷我們可以在JVM層面實(shí)現(xiàn)，同樣也可以在Java層面實(shí)現(xiàn)，例如JDK并發(fā)工具的中斷即是在Java層面實(shí)現(xiàn)，不過如果繼續(xù)深究是因?yàn)镴ava留了幾個(gè)API供我們操作線程的中斷標(biāo)識位，這才使Java層面實(shí)現(xiàn)中斷操作得以實(shí)現(xiàn)。
對于java的協(xié)作式中斷機(jī)制有人肯定有人批評，批評者說java沒有搶占式中斷機(jī)制，且協(xié)作式中斷機(jī)制迫使開發(fā)者必須維護(hù)中斷狀態(tài)，迫使開發(fā)者必須處理InterruptedException。但肯定者則認(rèn)為，雖然協(xié)作式中斷機(jī)制推遲了中斷請求的處理，但它為開發(fā)人員提供更靈活的中斷處理策略，響應(yīng)性可能不及搶占式，但程序健壯性更強(qiáng)。
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