從 JDK 源碼角度看 java 併發線程的中斷

線程的定義給咱們提供了併發執行多個任務的方式，大多數狀況下咱們會讓每一個任務都自行執行結束，這樣能保證事務的一致性，可是有時咱們但願在任務執行中取消任務，使線程中止。在java中要讓線程安全、快速、可靠地停下來並非一件容易的事，java也沒有提供任何可靠的方法終止線程的執行。

線程調度策略中有搶佔式和協做式兩個概念，與之相似的是中斷機制也有協做式和搶佔式。

歷史上Java曾經使用stop()方法終止線程的運行，他們屬於搶佔式中斷。但它引來了不少問題，早已被JDK棄用。調用stop()方法則意味着：

①將釋放該線程所持的全部鎖，並且鎖的釋放不可控。
②即刻將拋出ThreadDeath異常，無論程序運行到哪裏，但它不老是有效，若是存在被終止線程的鎖競爭；

第一點將致使數據一致性問題，這個很好理解，通常數據加鎖就是爲了保護數據的一致性，而線程中止伴隨所持鎖的釋放，極可能致使被保護的數據呈現不一致性，最終致使程序運算出現錯誤。

第二點比較模糊，它要說明的問題就是可能存在某種狀況stop()方法不能及時終止線程，甚至可能終止不了線程。看以下代碼會發生什麼狀況，看起來線程mt由於執行了stop()方法將中止，按理來講就算execut方法是一個死循環，只要執行了stop()方法線程將結束，無限循環也將結束。其實不會，由於咱們在execute方法使用了synchronized修飾，同步方法表示在執行execute時將對mt對象進行加鎖，另外，Thread的stop()方法也是同步的，因而在調用mt線程的stop()方法前必須獲取mt對象鎖，但mt對象鎖被execute方法佔用，且不釋放，因而stop()方法永遠獲取不了mt對象鎖，最後獲得一個結論，使用stop()方法中止線程不可靠，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) {
        }
    }
}
}複製代碼

經歷了很長時間的發展，Java最終選擇用一種協做式的中斷機制實現中斷。協做式中斷的原理很簡單，其核心是先對中斷標識進行標記，某線程設置某線程的中斷標識位，被標記了中斷位的線程在適當的時間節點會拋出異常，捕獲異常後作相應的處理。實現協做中斷有三個要點須要考慮：

①是在Java層面實現輪詢中斷標識仍是在JVM中實現；
②輪詢的顆粒度的控制，通常顆粒度要儘可能小週期儘可能短以保證響應的及時性；
③輪詢的時間節點的選擇，其實就是在哪些方法裏面輪詢，例如JVM將Thread類的wait()、sleep()、join()等方法都實現中斷標識的輪詢操做。

中斷標識放在哪裏？中斷是針對線程實例而言，從Java層面上看，標識變量放到線程中確定再合適不過了，但因爲由JVM維護，因此中斷標識具體由本地方法維護。在Java層面僅僅留下幾個API用於操做中斷標識，以下，

public class Thread{
    public void interrupt() {……}
    public Boolean isInterrupted() {……}
    public static Booleaninterrupted() {……}
}複製代碼

上面三個方法依次用於設置線程爲中斷狀態、判斷線程狀態是否中斷、清除當前線程中斷狀態並返回它以前的值。經過interrupt()方法設置中斷標識，假如在非阻塞線程則僅僅只是改變了中斷狀態，線程將繼續往下運行，但假如在可取消阻塞線程中，如正在執行sleep()、wait()、join()等方法的線程則會由於被設置了中斷狀態而拋出InterruptedException異常，程序對此異常捕獲處理。

上面提到的三個要點:

• 第一是輪詢在哪一個層面實現，這個沒有特別的要求，在實際中只要不出現邏輯問題，在Java層面或JVM層面實現都是能夠的，例如經常使用的線程睡眠、等待等操做是經過JVM實現，而java併發框架工具裏面的中斷則放到Java實現，無論在哪一個層面上去實現，在輪詢過程當中都必定要能保證不會產生阻塞。
• 第二是要保證輪詢的顆粒度儘量的小週期儘量短，這關係到中斷響應的速度。
• 第三點是關於輪詢的時間節點的選取。

針對三要點來看看java併發框架中是如何支持中斷的，主要在等待獲取鎖的過程當中提供中斷操做，下面是僞代碼。只需增長加紅加粗部分邏輯便可實現中斷支持，在循環體中每次循環都對當前線程中斷標識位進行判斷，一旦檢查到線程被標記爲中斷則拋出InterruptedException異常，高層代碼對此異常捕獲處理即完成中斷處理。總結起來就是java併發工具獲取鎖的中斷機制是在Java層面實現的，輪詢時間節點選擇在不斷作嘗試獲取鎖操做過程當中，每一個循環的顆粒度比較小，響應速度得以保證，且循環過程不存在阻塞風險，保證中斷檢測不會失效。

if(嘗試獲取鎖失敗) {
    建立node
    使用CAS方式把node插入到隊列尾部
    while(true){
        if(嘗試獲取鎖成功而且 node的前驅節點爲頭節點){
            把當前節點設置爲頭節點
            跳出循環
        }else{
            使用CAS方式修改node前驅節點的waitStatus標識爲signal
            if(修改爲功){
                掛起當前線程
                if(當前線程中斷位標識爲true)
                    拋出InterruptedException異常
            }
        }
    }
}複製代碼

判斷線程是否處於中斷狀態其實很簡單，只需使用Thread.interrupted()操做，若是爲true則說明線程處於中斷位，並清除中斷位。至此java併發工具實現了支持中斷的獲取鎖操做。

本文從java發展過程分析了搶佔式中斷及協做式中斷，因爲搶佔式存在一些缺陷如今已不推薦使用，而協做式中斷做爲推薦作法，儘管在響應時間較長，但其具備無可比擬的優點。

協做式中斷咱們能夠在JVM層面實現，一樣也能夠在Java層面實現，例如JDK併發工具的中斷便是在Java層面實現，不過若是繼續深究是由於Java留了幾個API供咱們操做線程的中斷標識位，這才使Java層面實現中斷操做得以實現。

對於java的協做式中斷機制有人確定有人批評，批評者說java沒有搶佔式中斷機制，且協做式中斷機制迫使開發者必須維護中斷狀態，迫使開發者必須處理InterruptedException。但確定者則認爲，雖然協做式中斷機制推遲了中斷請求的處理，但它爲開發人員提供更靈活的中斷處理策略，響應性可能不及搶佔式，但程序健壯性更強。

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