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中断线程

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如果线程需要执行一个长时间任务,就可能需要能中断线程。中断线程就是其他线程给该线程发一个信号,该线程收到信号后结束执行run()方法,使得自身线程能立刻结束运行。

我们举个栗子:假设从网络下载一个100M的文件,如果网速很慢,用户等得不耐烦,就可能在下载过程中点“取消”,这时,程序就需要中断下载线程的执行。

中断一个线程非常简单,只需要在其他线程中对目标线程调用interrupt()方法,目标线程需要反复检测自身状态是否是interrupted状态,如果是,就立刻结束运行。

我们还是看示例代码:

// 中断线程
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new MyThread();
        t.start();
        Thread.sleep(1); // 暂停1毫秒
        t.interrupt(); // 中断t线程
        t.join(); // 等待t线程结束
        System.out.println("end");
    }
}

class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        int n = 0;
        while (! isInterrupted()) {
            n ++;
            System.out.println(n + " hello!");
        }
    }
}

仔细看上述代码,main线程通过调用t.interrupt()方法中断t线程,但是要注意,interrupt()方法仅仅向t线程发出了“中断请求”,至于t线程是否能立刻响应,要看具体代码。而t线程的while循环会检测isInterrupted(),所以上述代码能正确响应interrupt()请求,使得自身立刻结束运行run()方法。

如果线程处于等待状态,例如,t.join()会让main线程进入等待状态,此时,如果对main线程调用interrupt()join()方法会立刻抛出InterruptedException,因此,目标线程只要捕获到join()方法抛出的InterruptedException,就说明有其他线程对其调用了interrupt()方法,通常情况下该线程应该立刻结束运行。

我们来看下面的示例代码:

// 中断线程
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new MyThread();
        t.start();
        Thread.sleep(1000);
        t.interrupt(); // 中断t线程
        t.join(); // 等待t线程结束
        System.out.println("end");
    }
}

class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        Thread hello = new HelloThread();
        hello.start(); // 启动hello线程
        try {
            hello.join(); // 等待hello线程结束
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("interrupted!");
        }
        hello.interrupt();
    }
}

class HelloThread extends Thread {
    public void run() {
        int n = 0;
        while (!isInterrupted()) {
            n++;
            System.out.println(n + " hello!");
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                break;
            }
        }
    }
}

main线程通过调用t.interrupt()从而通知t线程中断,而此时t线程正位于hello.join()的等待中,此方法会立刻结束等待并抛出InterruptedException。由于我们在t线程中捕获了InterruptedException,因此,就可以准备结束该线程。在t线程结束前,对hello线程也进行了interrupt()调用通知其中断。如果去掉这一行代码,可以发现hello线程仍然会继续运行,且JVM不会退出。

另一个常用的中断线程的方法是设置标志位。我们通常会用一个running标志位来标识线程是否应该继续运行,在外部线程中,通过把HelloThread.running置为false,就可以让线程结束:

// 中断线程
----
public class Main {
    public static void main(String[] args)  throws InterruptedException {
        HelloThread t = new HelloThread();
        t.start();
        Thread.sleep(1);
        t.running = false; // 标志位置为false
    }
}

class HelloThread extends Thread {
    public volatile boolean running = true;
    public void run() {
        int n = 0;
        while (running) {
            n ++;
            System.out.println(n + " hello!");
        }
        System.out.println("end!");
    }
}

注意到HelloThread的标志位boolean running是一个线程间共享的变量。线程间共享变量需要使用volatile关键字标记,确保每个线程都能读取到更新后的变量值。

为什么要对线程间共享的变量用关键字volatile声明?这涉及到Java的内存模型。在Java虚拟机中,变量的值保存在主内存中,但是,当线程访问变量时,它会先获取一个副本,并保存在自己的工作内存中。如果线程修改了变量的值,虚拟机会在某个时刻把修改后的值回写到主内存,但是,这个时间是不确定的!

┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐
           Main Memory
│                               │
   ┌───────┐┌───────┐┌───────┐
│  │ var A ││ var B ││ var C │  │
   └───────┘└───────┘└───────┘
│     │ ▲               │ ▲     │
 ─ ─ ─│─│─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─│─│─ ─ ─
      │ │               │ │
┌ ─ ─ ┼ ┼ ─ ─ ┐   ┌ ─ ─ ┼ ┼ ─ ─ ┐
      ▼ │               ▼ │
│  ┌───────┐  │   │  ┌───────┐  │
   │ var A │         │ var C │
│  └───────┘  │   │  └───────┘  │
   Thread 1          Thread 2
└ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘   └ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘

这会导致如果一个线程更新了某个变量,另一个线程读取的值可能还是更新前的。例如,主内存的变量a = true,线程1执行a = false时,它在此刻仅仅是把变量a的副本变成了false,主内存的变量a还是true,在JVM把修改后的a回写到主内存之前,其他线程读取到的a的值仍然是true,这就造成了多线程之间共享的变量不一致。

因此,volatile关键字的目的是告诉虚拟机:

  • 每次访问变量时,总是获取主内存的最新值;
  • 每次修改变量后,立刻回写到主内存。

volatile关键字解决的是可见性问题:当一个线程修改了某个共享变量的值,其他线程能够立刻看到修改后的值。

如果我们去掉volatile关键字,运行上述程序,发现效果和带volatile差不多,这是因为在x86的架构下,JVM回写主内存的速度非常快,但是,换成ARM的架构,就会有显著的延迟。

小结

对目标线程调用interrupt()方法可以请求中断一个线程,目标线程通过检测isInterrupted()标志获取自身是否已中断。如果目标线程处于等待状态,该线程会捕获到InterruptedException

目标线程检测到isInterrupted()true或者捕获了InterruptedException都应该立刻结束自身线程;

通过标志位判断需要正确使用volatile关键字;

volatile关键字解决了共享变量在线程间的可见性问题。


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