深入Java線程中斷的本質與編程原則的概述_java

在曆史上，Java試圖提供過搶佔式限制中斷，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，出於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式員無意破壞系統的機率。

    如今，Java的線程調度不提供搶佔式中斷，而採用協作式的中斷。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，利用輪詢檢查標誌變數的方式，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，必須在虛擬機器底層進行線程調度的對標記變數進行檢查。是的，JVM中確實是這樣做的。

下面摘自java.lang.Thread的原始碼：

        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，取決於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。但應用程式不能直接存取這個中斷變數，必須通過下面幾個方法進行操作：

    public class Thread {
        //設定中斷標記
        public void interrupt() { ... } 
        //擷取中斷標記的值
        public boolean isInterrupted() { ... }
        //清除中斷標記，並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，並不能立即引發中斷，只是設定了JVM內部的中斷標記。因此，通過檢查中斷標記，應用程式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，那和應用程式自己定義中斷變數並輪詢的方法相比，基本也沒有什麼優勢。

    JVM內部中斷變數的主要優勢，就是對於某些情況，提供了類比自動“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“儘可能快的”拋出InterruptedException。因此，我們就可以用下面的代碼架構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“儘可能快”，我猜測JVM就是線上程調度調度的間隙檢查中斷變數，速度取決於JVM的實現和硬體的效能。   

    然而，對於某些線程阻塞操作，JVM並不會自動拋出InterruptedException異常。例如，某些I/O操作和內部鎖操作。對於這類操作，可以用其他方式類比中斷：

    1）java.io中的非同步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方法後，被阻塞線程會拋出SocketException異常。

    2）利用Selector實現的非同步I/O

    如果線程被阻塞於Selector.select（在java.nio.channels中），調用wakeup方法會引起ClosedSelectorException異常。

    3）鎖擷取

    如果線程在等待擷取一個內部鎖，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架構中，任務通常並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，在任務設定了線程中斷標記後，並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之類架構中線程的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，不應該將其捕獲後“吞掉”，而應該繼續向上層代碼拋出。

    總之，Java中的非搶佔式中斷機制，要求我們必須改變傳統的搶佔式中斷思路，在理解其本質的基礎上，採用相應的原則和模式來編程。