多线程编程读书笔记之线程中断的本质

 

Java试图提供过抢占式限制中断，但问题多多，例如已被废弃的Thread.stop、Thread.suspend和 Thread.resume等。另一方面，出于Java应用代码的健壮性的考虑，降低了编程门槛，减少不清楚底层机制的程序员无意破坏系统的概率。
如今，Java的线程调度不提供抢占式中断，而采用协作式的中断。其实，协作式的中断，原理很简单，就是轮询某个表示中断的标记，我们在任何普通代码的中都可以实现。 例如下面的代码：
volatile bool isInterrupted;
//…
while(!isInterrupted) {
compute();
}

但是，上述的代码问题也很明显。当compute执行时间比较长时，中断无法及时被响应。另一方面，利用轮询检查标志变量的方式，想要中断wait和sleep等线程阻塞操作也束手无策。

如果仍然利用上面的思路，要想让中断及时被响应，必须在虚拟机底层进行线程调度的对标记变量进行检查。是的，JVM中确实是这样做的。下面摘自java.lang.Thread的源代码：

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

//…

private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted);

可以发现，isInterrupted被声明为native方法，取决于JVM底层的实现。

实际上，JVM内部确实为每个线程维护了一个中断标记。但应用程序不能直接访问这个中断变量，必须通过下面几个方法进行操作：
public class Thread {
//设置中断标记
public void interrupt() { ... }
//获取中断标记的值
public boolean isInterrupted() { ... }
//清除中断标记，并返回上一次中断标记的值
public static boolean interrupted() { ... }
...
}

通常情况下，调用线程的interrupt方法，并不能立即引发中断，只是设置了JVM内部的中断标记。因此，通过检查中断标记，应用程序可以做一些特殊操作，也可以完全忽略中断。

你可能想，如果JVM只提供了这种简陋的中断机制，那和应用程序自己定义中断变量并轮询的方法相比，基本也没有什么优势。

JVM内部中断变量的主要优势，就是对于某些情况，提供了模拟自动“中断陷入”的机制。

在执行涉及线程调度的阻塞调用时（例如wait、sleep和join），如果发生中断，被阻塞线程会“尽可能快的”抛出InterruptedException。因此，我们就可以用下面的代码框架来处理线程阻塞中断：
try {
//wait、sleep或join
}
catch(InterruptedException e) {
//某些中断处理工作
}
所谓“尽可能快”，我猜测JVM就是在线程调度调度的间隙检查中断变量，速度取决于JVM的实现和硬件的性能。

然而，对于某些线程阻塞操作，JVM并不会自动抛出InterruptedException异常。例如，某些I/O操作和内部锁操作。对于这类操作，可以用其他方式模拟中断：
1）java.io中的异步socket I/O
读写socket的时候，InputStream和OutputStream的read和write方法会阻塞等待，但不会响应java中断。不过，调用Socket的close方法后，被阻塞线程会抛出SocketException异常。

2）利用Selector实现的异步I/O
如果线程被阻塞于Selector.select（在java.nio.channels中），调用wakeup方法会引起ClosedSelectorException异常。

3）锁获取
如果线程在等待获取一个内部锁，我们将无法中断它。但是，利用Lock类的lockInterruptibly方法，我们可以在等待锁的同时，提供中断能力。


另外，在任务与线程分离的框架中，任务通常并不知道自身会被哪个线程调用，也就不知道调用线程处理中断的策略。所以，在任务设置了线程中断标记后，并不能确保任务会被取消。因此，有以下两条编程原则：
1）除非你知道线程的中断策略，否则不应该中断它。
这条原则告诉我们，不应该直接调用Executer之类框架中线程的interrupt方法，应该利用诸如Future.cancel的方法来取消任务。

2）任务代码不该猜测中断对执行线程的含义。
这条原则告诉我们，一般代码遇在到InterruptedException异常时，不应该将其捕获后“吞掉”，而应该继续向上层代码抛出。

总之，Java中的非抢占式中断机制，要求我们必须改变传统的抢占式中断思路，在理解其本质的基础上，采用相应的原则和模式来编程。