Java中停止线程的正确姿势(从源码角度理解)

众所周知在Thread类的API中有一个停止线程的方法stop(),但是它是不安全的,我们可以看一下Oracle的官方API中是怎样解释这个方法的:

thread1.png

我们可以看到从Java1.2版本开始这个方法就被废弃了~

废弃的原因是:如果调用stop()方法去停止一个线程,会去释放该线程所持有的全部锁,这样就会导致被释放锁保护的对象们进入一个不一致的状态,这种状态也可以被称为损坏状态。当线程对被损坏状态的对象进行操作时,可能会产生意想不到的严重后果,并且难以发现。

举个栗子:
有一块共享内存区域,线程1和线程2都需要访问。线程1首先访问了这块内存,并且添加了锁。线程2这时候也想访问这块内存,但由于线程1持有着锁,所以线程2只能阻塞等待。但就在这个时候我们调用了线程1的stop()方法,会发生什么?

线程1立刻释放了内存锁,线程2立刻获取了内存锁。如果线程1原来在写数据只写了一半,也没有机会写了,也根本没时间进行清理了。这时候线程2拿到CPU的时间片开始读内存状态,结果发现内存状态是异常的,读到了莫名其妙的数。因为线程1刚才还没有来得及清理就挂了,留下了烂摊子给线程2,这时候如果线程2处理不来这个烂摊子,就可能会Crash了。

这样的操作是非常危险的,也正是因为这样的原因,基本上不管是什么语言,在线程这块都把它们直接停止线程的方法废弃掉了。

上面巴拉巴拉说了一堆,那么到底应该怎样去停止一个线程呢?

线程这个东西呢,其实是任务执行的一个设计。也即是说线程和任务是一种强绑定的关系,任务执行完了,线程也就结束了。所以线程的执行模式就是一个协作的任务执行模式。既然线程不能直接被停止,那么我们可以让任务结束,线程自然也就停止了。

也就是说如果我们想要停止某个线程,一定需要有个前提:目标线程应当具有处理中断线程的能力。

具体做法:

  • boolean标志位
  • Interrupt原生支持
  1. boolean标志位退出法:
public class ThreadFlagTest {

    public static void main(String[] args) {
        FlagThread flagThread = new FlagThread();
        flagThread.start();
        flagThread.cancel();
    }

    public static class FlagThread extends Thread {
        private volatile boolean isCancelled;

        public void run() {
            while (!isCancelled) {
                //do something
            }
        }

        public void cancel() {
            isCancelled = true;
        }
    }
}

代码非常简单,我就不过多解释了,唯一需要注意的是需要给boolean标志位加上volatile关键字,因为isCancelled存在线程间可见性的问题。

  1. Interrupt的原生支持:
  • void interrupt()
    如果线程处于被阻塞状态(例如处于 sleep, wait, join 等状态),那么线程将立即退出被阻塞状态,并抛出一个 InterruptedException 异常
    如果线程处于正常活动状态,那么会将该线程的中断标志设置为 true。被设置中断标志的线程将继续正常运行,不受影响。

  • static boolean interrupted()
    测试当前线程(正在执行这一命令的线程)是否被中断。这一调用会将当前线程的中断状态重置为 false

  • boolean isInterrupted()
    测试线程是否被终止。不像静态的中断方法,这一调用不改变线程的中断状态

我们需要知道的是interrupt() 方法并不能真正的中断线程,需要被调用的线程自己进行配合才行,可以在调用阻塞方法时正确处理 InterruptedException 异常(例如,catch 异常后就结束线程)

public class ThreadInterruptTest {

    public static void main(String[] args) {
        InterruptThread interruptThread = new InterruptThread();
        interruptThread.start();
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        interruptThread.interrupt();//中断通知
    }

    //目标线程
    static class InterruptThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            super.run();
            try {
                Thread.sleep(5000);
                System.out.println("Done~~~~");
            } catch (InterruptedException e) {
                //这里可以进行线程中断后的清理工作
                System.out.println("Interrupt~~~~");
                Thread.currentThread().interrupt();
                System.out.println(Thread.currentThread().isInterrupted());
            }
        }
    }

在上面的这个例子里面,最终的执行结果是:
输出“Interrupt~~~”这行文字;
并没有输出“Done~~~”这行文字;
说明当我们在主线程中调用InterruptThread线程的interrupt()方法后,InterruptThread线程就被中断了。
但是有一点需要注意,我们来看一下Thread类的API文档:

thread2.png

Thread.sleep 这个阻塞方法,接收到中断请求,会抛出 InterruptedException,让上层代码处理。这时,可以什么都不做,结果就是中断标记会被重新设置为 false!看 Thread.sleep方法的注释,也强调了这点。
在接收到中断请求时,标准做法是执行 Thread.currentThread().interrupt() 恢复中断,让线程退出。
所以上面的例子里面我们的代码执行后打印的中断标记是true

讲到这里肯定有同学会好奇,interrupt()方法底层到底是如何去实现的呢?现在让我们走进interrupt()方法的native世界去看一下。

我们首先去解决一个疑问就是为什么线程的静态方法interrupted()会把线程的中断状态重置为false,而isInterrupted()不会改变中断状态?

Thread.java类的相关源码:

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

public boolean isInterrupted() {
        return isInterrupted(false);
}

private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted);

native层源码:

bool os::is_interrupted(Thread* thread, bool clear_interrupted) {
  assert(Thread::current() == thread || Threads_lock->owned_by_self(),
    "possibility of dangling Thread pointer");

  OSThread* osthread = thread->osthread();

  bool interrupted = osthread->interrupted();

  if (interrupted && clear_interrupted) {
    osthread->set_interrupted(false);
    // consider thread->_SleepEvent->reset() ... optional optimization
  }

  return interrupted;
}

看了源码立刻恍然大悟,原来就是只有当传递的参数ClearInterruptedtrue的时候才会重置中断状态为false,毫无神秘感可言。

接下来我们重点分析下Thread类的interrupt()方法:
native层源码:

void os::interrupt(Thread* thread) {
  assert(Thread::current() == thread || Threads_lock->owned_by_self(),
    "possibility of dangling Thread pointer");
  //获取本地线程对象
  OSThread* osthread = thread->osthread();

  if (!osthread->interrupted()) {
    osthread->set_interrupted(true);//设置中断状态为true
    // More than one thread can get here with the same value of osthread,
    // resulting in multiple notifications.  We do, however, want the store
    // to interrupted() to be visible to other threads before we execute unpark().
    //使得interrupted状态对其他线程立即可见
    OrderAccess::fence();
    //_SleepEvent相当于Thread.sleep,表示如果线程调用了sleep方法,则通过unpark唤醒
    ParkEvent * const slp = thread->_SleepEvent ;
    if (slp != NULL) slp->unpark() ;
  }

  // For JSR166. Unpark even if interrupt status already was set
  if (thread->is_Java_thread())
    ((JavaThread*)thread)->parker()->unpark();
  //_ParkEvent用于synchronized同步块和Object.wait(),这里相当于也是通过unpark进行唤醒
  ParkEvent * ev = thread->_ParkEvent ;
  if (ev != NULL) ev->unpark() ;

}
JVM_ENTRY(void, JVM_Sleep(JNIEnv* env, jclass threadClass, jlong millis))
  JVMWrapper("JVM_Sleep");

  if (millis < 0) {
    THROW_MSG(vmSymbols::java_lang_IllegalArgumentException(), "timeout value is negative");
  }
  //判断并清除线程中断状态,如果中断状态为true,抛出中断异常
  if (Thread::is_interrupted (THREAD, true) && !HAS_PENDING_EXCEPTION) {
    THROW_MSG(vmSymbols::java_lang_InterruptedException(), "sleep interrupted");
  }

  // Save current thread state and restore it at the end of this block.
  // And set new thread state to SLEEPING.
  JavaThreadSleepState jtss(thread);
...

上面源码里面重要的代码行逻辑我都加上中文注释了,thread.interrupt()方法就是设置interrupted状态为true、并且通过ParkEventunpark方法来唤醒线程。

同时通过源码我们也知道了当中断状态为true的时候,Object.waitThread.sleepThread.join会抛出InterruptedException,这里我们只看了sleep()的native层源码。

最后我们通过一张图来总结下吧:

thread3.png

结论就是如果能用boolean 标志位的情况,尽量使用boolean标志位,毕竟调用jni是有性能开销的。

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