多線程編程讀書筆記之線程中斷的本質

 

Java試圖提供過搶佔式限制中斷，但問題多多，例如已被廢棄的Thread.stop、Thread.suspend和 Thread.resume等。另外一方面，出於Java應用代碼的健壯性的考慮，下降了編程門檻，減小不清楚底層機制的程序員無心破壞系統的機率。
現在，Java的線程調度不提供搶佔式中斷，而採用協做式的中斷。其實，協做式的中斷，原理很簡單，就是輪詢某個表示中斷的標記，咱們在任何普通代碼的中均可以實現。 例以下面的代碼：
volatile bool isInterrupted;
//…
while(!isInterrupted) {
compute();
}

可是，上述的代碼問題也很明顯。當compute執行時間比較長時，中斷沒法及時被響應。另外一方面，利用輪詢檢查標誌變量的方式，想要中斷wait和sleep等線程阻塞操做也一籌莫展。

若是仍然利用上面的思路，要想讓中斷及時被響應，必須在虛擬機底層進行線程調度的對標記變量進行檢查。是的，JVM中確實是這樣作的。下面摘自java.lang.Thread的源代碼：

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

//…

private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted);

能夠發現，isInterrupted被聲明爲native方法，取決於JVM底層的實現。

實際上，JVM內部確實爲每一個線程維護了一箇中斷標記。但應用程序不能直接訪問這個中斷變量，必須經過下面幾個方法進行操做：
public class Thread {
//設置中斷標記
public void interrupt() { ... }
//獲取中斷標記的值
public boolean isInterrupted() { ... }
//清除中斷標記，並返回上一次中斷標記的值
public static boolean interrupted() { ... }
...
}

一般狀況下，調用線程的interrupt方法，並不能當即引起中斷，只是設置了JVM內部的中斷標記。所以，經過檢查中斷標記，應用程序能夠作一些特殊操做，也能夠徹底忽略中斷。

你可能想，若是JVM只提供了這種簡陋的中斷機制，那和應用程序本身定義中斷變量並輪詢的方法相比，基本也沒有什麼優點。

JVM內部中斷變量的主要優點，就是對於某些狀況，提供了模擬自動「中斷陷入」的機制。

在執行涉及線程調度的阻塞調用時（例如wait、sleep和join），若是發生中斷，被阻塞線程會「儘量快的」拋出InterruptedException。所以，咱們就能夠用下面的代碼框架來處理線程阻塞中斷：
try {
//wait、sleep或join
}
catch(InterruptedException e) {
//某些中斷處理工做
}
所謂「儘量快」，我猜想JVM就是在線程調度調度的間隙檢查中斷變量，速度取決於JVM的實現和硬件的性能。

然而，對於某些線程阻塞操做，JVM並不會自動拋出InterruptedException異常。例如，某些I/O操做和內部鎖操做。對於這類操做，能夠用其餘方式模擬中斷：
1）java.io中的異步socket I/O
讀寫socket的時候，InputStream和OutputStream的read和write方法會阻塞等待，但不會響應java中斷。不過，調用Socket的close方法後，被阻塞線程會拋出SocketException異常。

2）利用Selector實現的異步I/O
若是線程被阻塞於Selector.select（在java.nio.channels中），調用wakeup方法會引發ClosedSelectorException異常。

3）鎖獲取
若是線程在等待獲取一個內部鎖，咱們將沒法中斷它。可是，利用Lock類的lockInterruptibly方法，咱們能夠在等待鎖的同時，提供中斷能力。


另外，在任務與線程分離的框架中，任務一般並不知道自身會被哪一個線程調用，也就不知道調用線程處理中斷的策略。因此，在任務設置了線程中斷標記後，並不能確保任務會被取消。所以，有如下兩條編程原則：
1）除非你知道線程的中斷策略，不然不該該中斷它。
這條原則告訴咱們，不該該直接調用Executer之類框架中線程的interrupt方法，應該利用諸如Future.cancel的方法來取消任務。

2）任務代碼不應猜想中斷對執行線程的含義。
這條原則告訴咱們，通常代碼遇在到InterruptedException異常時，不該該將其捕獲後「吞掉」，而應該繼續向上層代碼拋出。

總之，Java中的非搶佔式中斷機制，要求咱們必須改變傳統的搶佔式中斷思路，在理解其本質的基礎上，採用相應的原則和模式來編程。