本節(jié)主要討論一個(gè)問(wèn)題，如何在Java中取消或關(guān)閉一個(gè)線程？
取消/關(guān)閉的場(chǎng)景
我們知道，通過(guò)線程的start方法啟動(dòng)一個(gè)線程后，線程開(kāi)始執(zhí)行run方法，run方法運(yùn)行結(jié)束后線程退出，那為什么還需要結(jié)束一個(gè)線程呢？有多種情況，比如說(shuō)：
很多線程的運(yùn)行模式是死循環(huán)，比如在生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式中，消費(fèi)者主體就是一個(gè)死循環(huán)，它不停的從隊(duì)列中接受任務(wù)，執(zhí)行任務(wù)，在停止程序時(shí)，我們需要一種"優(yōu)雅"的方法以關(guān)閉該線程。
在一些圖形用戶界面程序中，線程是用戶啟動(dòng)的，完成一些任務(wù)，比如從遠(yuǎn)程服務(wù)器上下載一個(gè)文件，在下載過(guò)程中，用戶可能會(huì)希望取消該任務(wù)。
在一些場(chǎng)景中，比如從第三方服務(wù)器查詢一個(gè)結(jié)果，我們希望在限定的時(shí)間內(nèi)得到結(jié)果，如果得不到，我們會(huì)希望取消該任務(wù)。
有時(shí)，我們會(huì)啟動(dòng)多個(gè)線程做同一件事，比如類似搶火車票，我們可能會(huì)讓多個(gè)好友幫忙從多個(gè)渠道買火車票，只要有一個(gè)渠道買到了，我們會(huì)通知取消其他渠道。
取消/關(guān)閉的機(jī)制
Java的Thread類定義了如下方法：
public final void stop()
這個(gè)方法看上去就可以停止線程，但這個(gè)方法被標(biāo)記為了過(guò)時(shí)，簡(jiǎn)單的說(shuō)，我們不應(yīng)該使用它，可以忽略它。
在Java中，停止一個(gè)線程的主要機(jī)制是中斷，中斷并不是強(qiáng)迫終止一個(gè)線程，它是一種協(xié)作機(jī)制，是給線程傳遞一個(gè)取消信號(hào)，但是由線程來(lái)決定如何以及何時(shí)退出，本節(jié)我們主要就是來(lái)理解Java的中斷機(jī)制。
Thread類定義了如下關(guān)于中斷的方法：
public boolean isInterrupted()public void interrupt()public static boolean interrupted()
這三個(gè)方法名字類似，比較容易混淆，我們解釋一下。isInterrupted()和interrupt()是實(shí)例方法，調(diào)用它們需要通過(guò)線程對(duì)象，interrupted()是靜態(tài)方法，實(shí)際會(huì)調(diào)用Thread.currentThread()操作當(dāng)前線程。
每個(gè)線程都有一個(gè)標(biāo)志位，表示該線程是否被中斷了。
isInterrupted：就是返回對(duì)應(yīng)線程的中斷標(biāo)志位是否為true。
interrupted：返回當(dāng)前線程的中斷標(biāo)志位是否為true，但它還有一個(gè)重要的副作用，就是清空中斷標(biāo)志位，也就是說(shuō)，連續(xù)兩次調(diào)用interrupted()，第一次返回的結(jié)果為true，第二次一般就是false (除非同時(shí)又發(fā)生了一次中斷)。
interrupt：表示中斷對(duì)應(yīng)的線程，中斷具體意味著什么呢？下面我們進(jìn)一步來(lái)說(shuō)明。
線程對(duì)中斷的反應(yīng)
interrupt()對(duì)線程的影響與線程的狀態(tài)和在進(jìn)行的IO操作有關(guān)，我們先主要考慮線程的狀態(tài)：
RUNNABLE：線程在運(yùn)行或具備運(yùn)行條件只是在等待操作系統(tǒng)調(diào)度
WAITING/TIMED_WAITING：線程在等待某個(gè)條件或超時(shí)
BLOCKED：線程在等待鎖，試圖進(jìn)入同步塊
NEW/TERMINATED：線程還未啟動(dòng)或已結(jié)束
RUNNABLE
如果線程在運(yùn)行中，且沒(méi)有執(zhí)行IO操作，interrupt()只是會(huì)設(shè)置線程的中斷標(biāo)志位，沒(méi)有任何其它作用。線程應(yīng)該在運(yùn)行過(guò)程中合適的位置檢查中斷標(biāo)志位，比如說(shuō)，如果主體代碼是一個(gè)循環(huán)，可以在循環(huán)開(kāi)始處進(jìn)行檢查，如下所示：
public class InterruptRunnableDemo extends Thread {
@Override public void run() { while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) { // ... 單次循環(huán)代碼 }
System.out.println("done ");
} public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new InterruptRunnableDemo();
thread.start();
Thread.sleep(1000);
thread.interrupt();
}
}
WAITING/TIMED_WAITING
線程執(zhí)行如下方法會(huì)進(jìn)入WAITING狀態(tài)：
public final void join() throws InterruptedExceptionpublic final void wait() throws InterruptedException
執(zhí)行如下方法會(huì)進(jìn)入TIMED_WAITING狀態(tài)：
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;public final synchronized void join(long millis) throws InterruptedException
在這些狀態(tài)時(shí)，對(duì)線程對(duì)象調(diào)用interrupt()會(huì)使得該線程拋出InterruptedException，需要注意的是，拋出異常后，中斷標(biāo)志位會(huì)被清空，而不是被設(shè)置。比如說(shuō)，執(zhí)行如下代碼：
Thread t = new Thread (){
@Override public void run() { try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(isInterrupted());
}
}
};
t.start();try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
}
t.interrupt();
程序的輸出為false。
InterruptedException是一個(gè)受檢異常，線程必須進(jìn)行處理。我們?cè)?a target="_blank" style="text-decoration-line: none; color: rgb(51, 153, 255);">異常處理中介紹過(guò)，處理異常的基本思路是，如果你知道怎么處理，就進(jìn)行處理，如果不知道，就應(yīng)該向上傳遞，通常情況下，你不應(yīng)該做的是，捕獲異常然后忽略。
捕獲到InterruptedException，通常表示希望結(jié)束該線程，線程大概有兩種處理方式：
向上傳遞該異常，這使得該方法也變成了一個(gè)可中斷的方法，需要調(diào)用者進(jìn)行處理。
有些情況，不能向上傳遞異常，比如Thread的run方法，它的聲明是固定的，不能拋出任何受檢異常，這時(shí)，應(yīng)該捕獲異常，進(jìn)行合適的清理操作，清理后，一般應(yīng)該調(diào)用Thread的interrupt方法設(shè)置中斷標(biāo)志位，使得其他代碼有辦法知道它發(fā)生了中斷。
第一種方式的示例代碼如下：
public void interruptibleMethod() throws InterruptedException{ // ... 包含wait, join 或 sleep 方法
Thread.sleep(1000);
}第二種方式的示例代碼如下：
public class InterruptWaitingDemo extends Thread {
@Override public void run() { while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) { try { // 模擬任務(wù)代碼
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) { // ... 清理操作 // 重設(shè)中斷標(biāo)志位 Thread.currentThread().interrupt();
}
}
System.out.println(isInterrupted());
} public static void main(String[] args) {
InterruptWaitingDemo thread = new InterruptWaitingDemo();
thread.start(); try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
}
thread.interrupt();
}
}
BLOCKED
如果線程在等待鎖，對(duì)線程對(duì)象調(diào)用interrupt()只是會(huì)設(shè)置線程的中斷標(biāo)志位，線程依然會(huì)處于BLOCKED狀態(tài)，也就是說(shuō)，interrupt()并不能使一個(gè)在等待鎖的線程真正"中斷"。我們看段代碼：
public class InterruptSynchronizedDemo { private static Object lock = new Object(); private static class A extends Thread {
@Override public void run() { synchronized (lock) { while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
}
}
System.out.println("exit");
}
} public static void test() throws InterruptedException { synchronized (lock) {
A a = new A();
a.start();
Thread.sleep(1000);
a.interrupt();
a.join();
}
} public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
test();
}
}
test方法在持有鎖lock的情況下啟動(dòng)線程a，而線程a也去嘗試獲得鎖lock，所以會(huì)進(jìn)入鎖等待隊(duì)列，隨后test調(diào)用線程a的interrupt方法并等待線程線程a結(jié)束，線程a會(huì)結(jié)束嗎？不會(huì)，interrupt方法只會(huì)設(shè)置線程的中斷標(biāo)志，而并不會(huì)使它從鎖等待隊(duì)列中出來(lái)。
我們稍微修改下代碼，去掉test方法中的最后一行a.join，即變?yōu)椋?/p>
public static void test() throws InterruptedException { synchronized (lock) {
A a = new A();
a.start();
Thread.sleep(1000);
a.interrupt();
}
}
這時(shí)，程序就會(huì)退出。為什么呢？因?yàn)橹骶€程不再等待線程a結(jié)束，釋放鎖lock后，線程a會(huì)獲得鎖，然后檢測(cè)到發(fā)生了中斷，所以會(huì)退出。
在使用synchronized關(guān)鍵字獲取鎖的過(guò)程中不響應(yīng)中斷請(qǐng)求，這是synchronized的局限性。如果這對(duì)程序是一個(gè)問(wèn)題，應(yīng)該使用顯式鎖，后面章節(jié)我們會(huì)介紹顯式鎖Lock接口，它支持以響應(yīng)中斷的方式獲取鎖。
NEW/TERMINATE
如果線程尚未啟動(dòng)(NEW)，或者已經(jīng)結(jié)束(TERMINATED)，則調(diào)用interrupt()對(duì)它沒(méi)有任何效果，中斷標(biāo)志位也不會(huì)被設(shè)置。比如說(shuō)，以下代碼的輸出都是false。
public class InterruptNotAliveDemo { private static class A extends Thread {
@Override public void run() {
}
} public static void test() throws InterruptedException {
A a = new A();
a.interrupt();
System.out.println(a.isInterrupted());
a.start();
Thread.sleep(100);
a.interrupt();
System.out.println(a.isInterrupted());
} public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
test();
}
}
IO操作
如果線程在等待IO操作，尤其是網(wǎng)絡(luò)IO，則會(huì)有一些特殊的處理，我們沒(méi)有介紹過(guò)網(wǎng)絡(luò)，這里只是簡(jiǎn)單介紹下。
如果IO通道是可中斷的，即實(shí)現(xiàn)了InterruptibleChannel接口，則線程的中斷標(biāo)志位會(huì)被設(shè)置，同時(shí)，線程會(huì)收到異常ClosedByInterruptException。
如果線程阻塞于Selector調(diào)用，則線程的中斷標(biāo)志位會(huì)被設(shè)置，同時(shí)，阻塞的調(diào)用會(huì)立即返回。
我們重點(diǎn)介紹另一種情況，InputStream的read調(diào)用，該操作是不可中斷的，如果流中沒(méi)有數(shù)據(jù)，read會(huì)阻塞 (但線程狀態(tài)依然是RUNNABLE)，且不響應(yīng)interrupt()，與synchronized類似，調(diào)用interrupt()只會(huì)設(shè)置線程的中斷標(biāo)志，而不會(huì)真正"中斷"它，我們看段代碼。
public class InterruptReadDemo { private static class A extends Thread {
@Override public void run() { while(!Thread.currentThread().isInterrupted()){ try {
System.out.println(System.in.read());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("exit");
}
} public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
A t = new A();
t.start();
Thread.sleep(100);
t.interrupt();
}
}
線程t啟動(dòng)后調(diào)用System.in.read()從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀入一個(gè)字符，不要輸入任何字符，我們會(huì)看到，調(diào)用interrupt()不會(huì)中斷read()，線程會(huì)一直運(yùn)行。
不過(guò)，有一個(gè)辦法可以中斷read()調(diào)用，那就是調(diào)用流的close方法，我們將代碼改為：
public class InterruptReadDemo { private static class A extends Thread {
@Override public void run() { while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) { try {
System.out.println(System.in.read());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("exit");
} public void cancel() { try {
System.in.close();
} catch (IOException e) {
}
interrupt();
}
} public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
A t = new A();
t.start();
Thread.sleep(100);
t.cancel();
}
}
我們給線程定義了一個(gè)cancel方法，在該方法中，調(diào)用了流的close方法，同時(shí)調(diào)用了interrupt方法，這次，程序會(huì)輸出：
-1exit
也就是說(shuō)，調(diào)用close方法后，read方法會(huì)返回，返回值為-1，表示流結(jié)束。
如何正確地取消/關(guān)閉線程
以上，我們可以看出，interrupt方法不一定會(huì)真正"中斷"線程，它只是一種協(xié)作機(jī)制，如果不明白線程在做什么，不應(yīng)該貿(mào)然的調(diào)用線程的interrupt方法，以為這樣就能取消線程。
對(duì)于以線程提供服務(wù)的程序模塊而言，它應(yīng)該封裝取消/關(guān)閉操作，提供單獨(dú)的取消/關(guān)閉方法給調(diào)用者，類似于InterruptReadDemo中演示的cancel方法，外部調(diào)用者應(yīng)該調(diào)用這些方法而不是直接調(diào)用interrupt。
Java并發(fā)庫(kù)的一些代碼就提供了單獨(dú)的取消/關(guān)閉方法，比如說(shuō)，F(xiàn)uture接口提供了如下方法以取消任務(wù)：
boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
再比如，ExecutorService提供了如下兩個(gè)關(guān)閉方法：
void shutdown(); List<Runnable> shutdownNow();
Future和ExecutorService的API文檔對(duì)這些方法都進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，這是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)的方式。關(guān)于這兩個(gè)接口，我們后續(xù)章節(jié)介紹。
小結(jié)
本節(jié)主要介紹了在Java中如何取消/關(guān)閉線程，主要依賴的技術(shù)是中斷，但它是一種協(xié)作機(jī)制，不會(huì)強(qiáng)迫終止線程，我們介紹了線程在不同狀態(tài)和IO操作時(shí)對(duì)中斷的反應(yīng)，作為線程的實(shí)現(xiàn)者，應(yīng)該提供明確的取消/關(guān)閉方法，并用文檔描述清楚其行為，作為線程的調(diào)用者，應(yīng)該使用其取消/關(guān)閉方法，而不是貿(mào)然調(diào)用interrupt。
從65節(jié)到本節(jié)，我們介紹的都是關(guān)于線程的基本內(nèi)容，在Java中還有一套并發(fā)工具包，位于包java.util.concurrent下，里面包括很多易用且高性能的并發(fā)開(kāi)發(fā)工具，從下一節(jié)開(kāi)始，我們就來(lái)討論它，先從最基本的原子變量和CAS操作開(kāi)始。
(與其他章節(jié)一樣，本節(jié)所有代碼位于 https://github.com/swiftma/program-logic)
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