Java线程阻塞中断和LockSupport的常见问题

2022-07-26 23:16:35

上周五和周末，工作忙里偷闲，在看java cocurrent中也顺便再温故了一下Thread.interrupt和java 5之后的LockSupport的实现。

在介绍之前，先抛几个问题。

Thread.interrupt()方法和InterruptedException异常的关系？是由interrupt触发产生了InterruptedException异常？
Thread.interrupt()会中断线程什么状态的工作？ RUNNING or BLOCKING？
一般Thread编程需要关注interrupt中断不？一般怎么处理？可以用来做什么？
LockSupport.park()和unpark()，与object.wait()和notify()的区别？
LockSupport.park(Object blocker)传递的blocker对象做什么用？
LockSupport能响应Thread.interrupt()事件不？会抛出InterruptedException异常？
Thread.interrupt()处理是否有对应的回调函数？类似于钩子调用？

如果你都都能很明确的答上来了，说明你已经完全懂Thread.interrupt，可以不用往下看那了。

那如果不清楚的，带着这几个问题，一起来梳理下。

Thread的interrupt处理的几个方法：

public void interrupt() : 执行线程interrupt事件
public boolean isInterrupted() : 检查当前线程是否处于interrupt
public static boolean interrupted() ： check当前线程是否处于interrupt，并重置interrupt信息。类似于resetAndGet()

理解：

1. 每个线程都有一个interrupt status标志位，用于表明当前线程是否处于中断状态

2. 一般调用Thread.interrupt()会有两种处理方式

遇到一个低优先级的block状态时，比如object.wait(),object.sleep(),object.join()。它会立马触发一个unblock解除阻塞，并throw一个InterruptedException。
其他情况，Thread.interrupt()仅仅只是更新了status标志位。然后你的工作线程通过Thread.isInterrrupted()进行检查，可以做相应的处理，比如也throw InterruptedException或者是清理状态，取消task等。

在interrupt javadoc中描述：

最佳实践

IBM上有篇文章写的挺不错。Java theory and practice: Dealing with InterruptedException , 里面提到了Interrupt处理的几条最佳实践。

Don‘t swallow interrupts （别吃掉Interrupt，一般是两种处理：继续throw InterruptedException异常。另一种就是继续设置Thread.interupt()异常标志位，让更上一层去进行相应处理。
Java代码
1. public class TaskRunner implements Runnable {
2. private BlockingQueue<Task> queue;
4. public TaskRunner(BlockingQueue<Task> queue) {
5. this.queue = queue;
6. }
8. public void run() {
9. try {
10. while (true) {
11. Task task = queue.take(10, TimeUnit.SECONDS);
12. task.execute();
13. }
14. }
15. catch (InterruptedException e) {
16. // Restore the interrupted status
17. Thread.currentThread().interrupt();
18. }
19. }
20. }
Implementing cancelable tasks with Interrupt (使用Thread.interrupt()来设计和支持可被cancel的task)
Java代码
1. public class PrimeProducer extends Thread {
2. private final BlockingQueue<BigInteger> queue;
4. PrimeProducer(BlockingQueue<BigInteger> queue) {
5. this.queue = queue;
6. }
8. public void run() {
9. try {
10. BigInteger p = BigInteger.ONE;
11. while (!Thread.currentThread().isInterrupted())
12. queue.put(p = p.nextProbablePrime());
13. } catch (InterruptedException consumed) {
14. /* Allow thread to exit */
15. }
16. }
18. public void cancel() { interrupt(); } // 发起中断
19. }<span style="white-space: normal;"> </span>

注册Interrupt处理事件(非正常用法)

一般正常的task设计用来处理cancel，都是采用主动轮询的方式检查Thread.isInterrupt()，对业务本身存在一定的嵌入性，还有就是存在延迟，你得等到下一个检查点(谁知道下一个检查点是在什么时候，特别是进行一个socket.read时，遇到过一个HttpClient超时的问题)。

来看一下，主动抛出InterruptedException异常的实现，借鉴于InterruptibleChannel的设计，比较取巧。

Java代码  

interface InterruptAble { // 定义可中断的接口  

    public void interrupt() throws InterruptedException;  

}  

abstract class InterruptSupport implements InterruptAble {  

    private volatile boolean interrupted = false;  

    private Interruptible    interruptor = new Interruptible() {  

                                             public void interrupt() {  

                                                 interrupted = true;  

                                                 InterruptSupport.this.interrupt(); // 位置3  

                                             }  

                                         };  

    public final boolean execute() throws InterruptedException {  

        try {  

            blockedOn(interruptor); // 位置1  

            if (Thread.currentThread().isInterrupted()) { // 立马被interrupted  

                interruptor.interrupt();  

            }  

            // 执行业务代码  

            bussiness();  

        } finally {  

            blockedOn(null);   // 位置2  

        }  

        return interrupted;  

    }  

    public abstract void bussiness() ;  

    public abstract void interrupt();  

    // -- sun.misc.SharedSecrets --  

    static void blockedOn(Interruptible intr) { // package-private  

        sun.misc.SharedSecrets.getJavaLangAccess().blockedOn(Thread.currentThread(), intr);  

    }  

}

代码说明，几个取巧的点：

位置1：利用sun提供的blockedOn方法，绑定对应的Interruptible事件处理钩子到指定的Thread上。

位置2：执行完代码后，清空钩子。避免使用连接池时，对下一个Thread处理事件的影响。

位置3：定义了Interruptible事件钩子的处理方法，回调InterruptSupport.this.interrupt()方法，子类可以集成实现自己的业务逻辑，比如sock流关闭等等。

使用:

Java代码  

class InterruptRead extends InterruptSupport {  

    private FileInputStream in;  

    @Override  

    public void bussiness() {  

        File file = new File("/dev/urandom"); // 读取linux黑洞，永远读不完  

        try {  

            in = new FileInputStream(file);  

            byte[] bytes = new byte[1024];  

            while (in.read(bytes, 0, 1024) > 0) {  

                // Thread.sleep(100);  

                // if (Thread.interrupted()) {// 以前的Interrupt检查方式  

                // throw new InterruptedException("");  

                // }  

            }  

        } catch (Exception e) {  

            throw new RuntimeException(e);  

        }  

    }  

    public FileInputStream getIn() {  

        return in;  

    }  

    @Override  

    public void interrupt() {  

        try {  

            in.getChannel().close();  

        } catch (IOException e) {  

            e.printStackTrace();  

        }  

    }  

}  

public static void main(String args[]) throws Exception {  

        final InterruptRead test = new InterruptRead();  

        Thread t = new Thread() {  

            @Override  

            public void run() {  

                long start = System.currentTimeMillis();  

                try {  

                    System.out.println("InterruptRead start!");  

                    test.execute();  

                } catch (InterruptedException e) {  

                    System.out.println("InterruptRead end! cost time : " + (System.currentTimeMillis() - start));  

                    e.printStackTrace();  

                }  

            }  

        };  

        t.start();  

        // 先让Read执行3秒  

        Thread.sleep(3000);  

        // 发出interrupt中断  

        t.interrupt();  

    }

jdk源码介绍：

1. sun提供的钩子可以查看System的相关代码, line : 1125

System代码  

sun.misc.SharedSecrets.setJavaLangAccess(new sun.misc.JavaLangAccess(){  

            public sun.reflect.ConstantPool getConstantPool(Class klass) {  

                return klass.getConstantPool();  

            }  

            public void setAnnotationType(Class klass, AnnotationType type) {  

                klass.setAnnotationType(type);  

            }  

            public AnnotationType getAnnotationType(Class klass) {  

                return klass.getAnnotationType();  

            }  

            public <E extends Enum<E>>  

            E[] getEnumConstantsShared(Class<E> klass) {  

                return klass.getEnumConstantsShared();  

            }  

            public void blockedOn(Thread t, Interruptible b) {  

                t.blockedOn(b);  

            }  

        });

2. Thread.interrupt()

Java代码  

public void interrupt() {  

    if (this != Thread.currentThread())  

        checkAccess();  

    synchronized (blockerLock) {  

        Interruptible b = blocker;  

        if (b != null) {  

        interrupt0();       // Just to set the interrupt flag  

        b.interrupt(); //回调钩子  

        return;  

        }  

    }  

    interrupt0();  

    }

更多关于Thread.stop,suspend,resume,interrupt的使用注意点，可以看一下sun的文档,比如http://download.oracle.com/javase/6/docs/technotes/guides/concurrency/threadPrimitiveDeprecation.html

最后来解答一下之前的几个问题：

问题1： Thread.interrupt()方法和InterruptedException异常的关系？是由interrupt触发产生了InterruptedException异常？

答： Thread.interrupt()只是在Object.wait() .Object.join(), Object.sleep()几个方法会主动抛出InterruptedException异常。而在其他的的block常见，只是通过设置了Thread的一个标志位信息，需要程序自我进行处理。

Java代码  

if (Thread.interrupted())  // Clears interrupted status!  

    throw new InterruptedException();  

问题2：Thread.interrupt()会中断线程什么状态的工作？ RUNNING or BLOCKING？

答：Thread.interrupt设计的目的主要是用于处理线程处于block状态，比如wait(),sleep()状态就是个例子。但可以在程序设计时为支持task cancel，同样可以支持RUNNING状态。比如Object.join()和一些支持interrupt的一些nio channel设计。

问题3：一般Thread编程需要关注interrupt中断不？一般怎么处理？可以用来做什么？

答： interrupt用途： unBlock操作，支持任务cancel，数据清理等。

问题4： LockSupport.park()和unpark()，与object.wait()和notify()的区别？

答：

1. 面向的主体不一样。LockSuport主要是针对Thread进进行阻塞处理，可以指定阻塞队列的目标对象，每次可以指定具体的线程唤醒。Object.wait()是以对象为纬度，阻塞当前的线程和唤醒单个(随机)或者所有线程。

2. 实现机制不同。虽然LockSuport可以指定monitor的object对象，但和object.wait()，两者的阻塞队列并不交叉。可以看下测试例子。object.notifyAll()不能唤醒LockSupport的阻塞Thread.

问题5： LockSupport.park(Object blocker)传递的blocker对象做什么用？

答: 对应的blcoker会记录在Thread的一个parkBlocker属性中,通过jstack命令可以非常方便的监控具体的阻塞对象.

Java代码  

public static void park(Object blocker) {  

        Thread t = Thread.currentThread();  

        setBlocker(t, blocker); // 设置Thread.parkBlocker属性的值  

        unsafe.park(false, 0L);  

        setBlocker(t, null);  // 清除Thread.parkBlocker属性的值  

    }

具体LockSupport的javadoc描述也比较清楚,可以看下:

问题6： LockSupport能响应Thread.interrupt()事件不？会抛出InterruptedException异常？

答：能响应interrupt事件，但不会抛出InterruptedException异常。针对LockSupport对Thread.interrupte支持，也先看一下javadoc中的描述：

相关测试代码

Java代码  

package com.agapple.cocurrent;  

import java.io.File;  

import java.io.FileInputStream;  

import java.lang.reflect.Field;  

import java.util.concurrent.TimeUnit;  

import java.util.concurrent.locks.LockSupport;  

public class LockSupportTest {  

    private static LockSupportTest blocker = new LockSupportTest();  

    public static void main(String args[]) throws Exception {  

        lockSupportTest();  

        parkTest();  

        interruptParkTest();  

        interruptSleepTest();  

        interruptWaitTest();  

    }  

    /** 

     * LockSupport.park对象后，尝试获取Thread.blocker对象，调用其single唤醒 

     *  

     * @throws Exception 

     */  

    private static void lockSupportTest() throws Exception {  

        Thread t = doTest(new TestCallBack() {  

            @Override  

            public void callback() throws Exception {  

                // 尝试sleep 5s  

                System.out.println("blocker");  

                LockSupport.park(blocker);  

                System.out.println("wakeup now!");  

            }  

            @Override  

            public String getName() {  

                return "lockSupportTest";  

            }  

        });  

        t.start(); // 启动读取线程  

        Thread.sleep(150);  

        synchronized (blocker) {  

            Field field = Thread.class.getDeclaredField("parkBlocker");  

            field.setAccessible(true);  

            Object fBlocker = field.get(t);  

            System.out.println(blocker == fBlocker);  

            Thread.sleep(100);  

            System.out.println("notifyAll");  

            blocker.notifyAll();  

        }  

    }  

    /** 

     * 尝试去中断一个object.wait()，会抛出对应的InterruptedException异常 

     *  

     * @throws InterruptedException 

     */  

    private static void interruptWaitTest() throws InterruptedException {  

        final Object obj = new Object();  

        Thread t = doTest(new TestCallBack() {  

            @Override  

            public void callback() throws Exception {  

                // 尝试sleep 5s  

                obj.wait();  

                System.out.println("wakeup now!");  

            }  

            @Override  

            public String getName() {  

                return "interruptWaitTest";  

            }  

        });  

        t.start(); // 启动读取线程  

        Thread.sleep(2000);  

        t.interrupt(); // 检查下在park时，是否响应中断  

    }  

    /** 

     * 尝试去中断一个Thread.sleep()，会抛出对应的InterruptedException异常 

     *  

     * @throws InterruptedException 

     */  

    private static void interruptSleepTest() throws InterruptedException {  

        Thread t = doTest(new TestCallBack() {  

            @Override  

            public void callback() throws Exception {  

                // 尝试sleep 5s  

                Thread.sleep(5000);  

                System.out.println("wakeup now!");  

            }  

            @Override  

            public String getName() {  

                return "interruptSleepTest";  

            }  

        });  

        t.start(); // 启动读取线程  

        Thread.sleep(2000);  

        t.interrupt(); // 检查下在park时，是否响应中断  

    }  

    /** 

     * 尝试去中断一个LockSupport.park()，会有响应但不会抛出InterruptedException异常 

     *  

     * @throws InterruptedException 

     */  

    private static void interruptParkTest() throws InterruptedException {  

        Thread t = doTest(new TestCallBack() {  

            @Override  

            public void callback() {  

                // 尝试去park 自己线程  

                LockSupport.parkNanos(blocker, TimeUnit.SECONDS.toNanos(5));  

                System.out.println("wakeup now!");  

            }  

            @Override  

            public String getName() {  

                return "interruptParkTest";  

            }  

        });  

        t.start(); // 启动读取线程  

        Thread.sleep(2000);  

        t.interrupt(); // 检查下在park时，是否响应中断  

    }  

    /** 

     * 尝试去中断一个LockSupport.unPark()，会有响应 

     *  

     * @throws InterruptedException 

     */  

    private static void parkTest() throws InterruptedException {  

        Thread t = doTest(new TestCallBack() {  

            @Override  

            public void callback() {  

                // 尝试去park 自己线程  

                LockSupport.park(blocker);  

                System.out.println("wakeup now!");  

            }  

            @Override  

            public String getName() {  

                return "parkTest";  

            }  

        });  

        t.start(); // 启动读取线程  

        Thread.sleep(2000);  

        LockSupport.unpark(t);  

        t.interrupt();  

    }  

    public static Thread doTest(final TestCallBack call) {  

        return new Thread() {  

            @Override  

            public void run() {  

                File file = new File("/dev/urandom"); // 读取linux黑洞  

                try {  

                    FileInputStream in = new FileInputStream(file);  

                    byte[] bytes = new byte[1024];  

                    while (in.read(bytes, 0, 1024) > 0) {  

                        if (Thread.interrupted()) {  

                            throw new InterruptedException("");  

                        }  

                        System.out.println(bytes[0]);  

                        Thread.sleep(100);  

                        long start = System.currentTimeMillis();  

                        call.callback();  

                        System.out.println(call.getName() + " callback finish cost : "  

                                           + (System.currentTimeMillis() - start));  

                    }  

                } catch (Exception e) {  

                    e.printStackTrace();  

                }  

            }  

        };  

    }  

}  

interface TestCallBack {  

    public void callback() throws Exception;  

    public String getName();  

}

最后

发觉文章越写越长,那就索性发到了论坛,大家一起讨论下.毕竟文章中描述的都是一些使用层面的东东,并没有从操作系统或者sun native实现上去介绍Thread的一些机制,熟悉这块的大牛门也可以出来发表下高见.

本文仅当抛砖引玉,欢迎发言!

原文地址：http://agapple.iteye.com/blog/970055；

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