深入Java線程中斷的本質與編程原則的概述
2019-11-26 16:08:08
供稿：網友
在歷史上，Java試圖提供過搶占式限制中斷，但問題多多，例如前文介紹的已被廢棄的Thread.stop、Thread.suspend和 Thread.resume等。另一方面，出于Java應用代碼的健壯性的考慮，降低了編程門檻，減少不清楚底層機制的程序員無意破壞系統的概率。
如今，Java的線程調度不提供搶占式中斷，而采用協作式的中斷。其實，協作式的中斷，原理很簡單，就是輪詢某個表示中斷的標記，我們在任何普通代碼的中都可以實現。
例如下面的代碼：
volatile bool isInterrupted;
//…
while(!isInterrupted) {
compute();
}
但是，上述的代碼問題也很明顯。當compute執行時間比較長時，中斷無法及時被響應。另一方面，利用輪詢檢查標志變量的方式，想要中斷wait和sleep等線程阻塞操作也束手無策。
如果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中確實是這樣做的。
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);
可以發現，isInterrupted被聲明為native方法，取決于JVM底層的實現。
實際上，JVM內部確實為每個線程維護了一個中斷標記。但應用程序不能直接訪問這個中斷變量，必須通過下面幾個方法進行操作：
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，并返回上一次中斷標記的值
public static boolean interrupted() { ... }
}
通常情況下，調用線程的interrupt方法，并不能立即引發中斷，只是設置了JVM內部的中斷標記。因此，通過檢查中斷標記，應用程序可以做一些特殊操作，也可以完全忽略中斷。
你可能想，如果JVM只提供了這種簡陋的中斷機制，那和應用程序自己定義中斷變量并輪詢的方法相比，基本也沒有什么優勢。
JVM內部中斷變量的主要優勢，就是對于某些情況，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），如果發生中斷，被阻塞線程會“盡可能快的”拋出InterruptedException。因此，我們就可以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) {
//某些中斷處理工作
}
所謂“盡可能快”，我猜測JVM就是在線程調度調度的間隙檢查中斷變量，速度取決于JVM的實現和硬件的性能。
然而，對于某些線程阻塞操作，JVM并不會自動拋出InterruptedException異常。例如，某些I/O操作和內部鎖操作。對于這類操作，可以用其他方式模擬中斷：
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方法后，被阻塞線程會拋出SocketException異常。
2）利用Selector實現的異步I/O
如果線程被阻塞于Selector.select（在java.nio.channels中），調用wakeup方法會引起ClosedSelectorException異常。
3）鎖獲取
如果線程在等待獲取一個內部鎖，我們將無法中斷它。但是，利用Lock類的lockInterruptibly方法，我們可以在等待鎖的同時，提供中斷能力。
另外，在任務與線程分離的框架中，任務通常并不知道自身會被哪個線程調用，也就不知道調用線程處理中斷的策略。所以，在任務設置了線程中斷標記后，并不能確保任務會被取消。因此，有以下兩條編程原則：
1）除非你知道線程的中斷策略，否則不應該中斷它。
這條原則告訴我們，不應該直接調用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）任務代碼不該猜測中斷對執行線程的含義。
這條原則告訴我們，一般代碼遇在到InterruptedException異常時，不應該將其捕獲后“吞掉”，而應該繼續向上層代碼拋出。
總之，Java中的非搶占式中斷機制，要求我們必須改變傳統的搶占式中斷思路，在理解其本質的基礎上，采用相應的原則和模式來編程。
