從 JDK 源碼角度看 java 併發線程的中斷

線程的定義給我們提供了併發執行多個任務的方式，大多數情況下我們會讓每個任務都自行執行結束，這樣能保證事務的一致性，但是有時我們希望在任務執行中取消任務，使線程停止。在java中要讓線程安全、快速、可靠地停下來並不是一件容易的事，java也沒有提供任何可靠的方法終止線程的執行。

從 JDK 源碼角度看 java 併發線程的中斷

線程調度策略中有搶佔式和協作式兩個概念，與之類似的是中斷機制也有協作式和搶佔式。

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。但它引來了很多問題，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，不管程序運行到哪裏，但它不總是有效，如果存在被終止線程的鎖競爭；

第一點將導致數據一致性問題，這個很好理解，一般數據加鎖就是為了保護數據的一致性，而線程停止伴隨所持鎖的釋放，很可能導致被保護的數據呈現不一致性，最終導致程序運算出現錯誤。

第二點比較模糊，它要説明的問題就是可能存在某種情況stop()方法不能及時終止線程，甚至可能終止不了線程。看如下代碼會發生什麼情況，看起來線程mt因為執行了stop()方法將停止，按理來説就算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，因為我們在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，於是在調用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，於是stop()方法永遠獲取不了mt對象鎖，最後得到一個結論，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();

t(); try {

entThread()p(100);

} catch(InterruptedException e) {

tStackTrace();

}

();

} static class MyThread extends Thread {

public void run() {

execute();

}

private synchronized void execute() { while(true) {

}

}

}

}

經歷了很長時間的發展，Java最終選擇用一種協作式的中斷機制實現中斷。協作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，捕獲異常後做相應的處理。實現協作中斷有三個要點需要考慮：

①是在Java層面實現輪詢中斷標識還是在JVM中實現；

②輪詢的顆粒度的控制，一般顆粒度要儘量小週期儘量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作。

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肯定再合適不過了，但由於由JVM維護，所以中斷標識具體由本地方法維護。在Java層面僅僅留下幾個API用於操作中斷標識，如下，

public class Thread{

public void interrupt() {……}

public Boolean isInterrupted() {……}

public static Booleaninterrupted() {……}

}

上面三個方法依次用於設置線程為中斷狀態、判斷線程狀態是否中斷、清除當前線程中斷狀態並返回它之前的值。通過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()等方法的線程則會因為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層面實現都是可以的，例如常用的線程睡眠、等待等操作是通過JVM實現，而java併發框架工具裏面的中斷則放到Java實現，不管在哪個層面上去實現，在輪詢過程中都一定要能保證不會產生阻塞。

第二是要保證輪詢的顆粒度儘可能的小週期儘可能短，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做嘗試獲取鎖操作過程中，每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) {

創建node

使用CAS方式把node插入到隊列尾部 while(true){ if(嘗試獲取鎖成功並且 node的前驅節點為頭節點){

把當前節點設置為頭節點

跳出循環

}else{

使用CAS方式修改node前驅節點的waitStatus標識為signal if(修改成功){

掛起當前線程 if(當前線程中斷位標識為true)

拋出InterruptedException異常

}

}

}

}

判斷線程是否處於中斷狀態其實很簡單，只需使用rrupted()操作，如果為true則説明線程處於中斷位，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作。

本文從java發展過程分析了搶佔式中斷及協作式中斷，由於搶佔式存在一些缺陷現在已不推薦使用，而協作式中斷作為推薦做法，儘管在響應時間較長，但其具有無可比擬的優勢。

協作式中斷我們可以在JVM層面實現，同樣也可以在Java層面實現，例如JDK併發工具的中斷即是在Java層面實現，不過如果繼續深究是因為Java留了幾個API供我們操作線程的中斷標識位，這才使Java層面實現中斷操作得以實現。

對於java的協作式中斷機制有人肯定有人批評，批評者説java沒有搶佔式中斷機制，且協作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。但肯定者則認為，雖然協作式中斷機制推遲了中斷請求的處理，但它為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。