一、线程中断机制
1. 什么是中断机制 ?
首先一个线程不应该由其他线程来强制中断或停止,而是应该由线程自己自行停止。所以,Thread.stop
, Thread.suspend
, Thread.resume
都已经被废弃了。
其次在Java中没有办法立即停止一条线程,然而停止线程却显得尤为重要,如取消一个耗时操作。因此,Java提供了一种用于停止线程的机制——中断。
中断只是一种协作机制,Java没有给中断增加任何语法,中断的过程完全需要程序员自己实现。
- 若要中断一个线程,你需要手动调用该线程的interrupt方法,该方法也仅仅是将线程对象的中断标识设成true;
- 接着你需要自己写代码不断地检测当前线程的标识位,如果为true,表示别的线程要求这条线程中断,
- 此时究竟该做什么需要你自己写代码实现。
- 每个线程对象中都有一个标识,用于表示线程是否被中断;该标识位为true表示中断,为false表示未中断;
- 通过调用线程对象的
interrupt
方法将该线程的标识位设为 true ;可以在别的线程中调用,也可以在自己的线程中调用。
2. 中断的相关API方法
API | 描述 |
---|---|
public void interrupt() | 实例方法, 实例方法 interrupt() 仅仅是设置线程的中断状态为true,不会停止线程 |
public static boolean interrupted() | 静态方法,Thread.interrupted(); 判断线程是否被中断,并清除当前中断状态 这个方法做了两件事: 1 返回当前线程的中断状态 2 将当前线程的中断状态设为false 这个方法有点不好理解,因为连续调用两次的结果可能不一样。 |
public boolean isInterrupted() | 实例方法, 判断当前线程是否被中断(通过检查中断标志位) |
2.1 通过一个 volatile 变量实现
- volatile保证了可见性,t2修改了标志位后能马上被t1看到
/**
* volatile变量实现线程中断
*
* @throws InterruptedException
*/
private static void volatileStopThread() throws InterruptedException {
new Thread(() -> {
while (!isStop) {
System.out.println("------- t1 run");
}
System.out.println("===== t1 is stop =====");
}, "t1").start();
// 让线程t1运行50毫秒后,中断线程运行
Thread.sleep(10);
new Thread(() -> {
isStop = true;
System.out.println("------- t2 stop: " + isStop);
}, "t2").start();
}
2.2 通过 AtomicBoolean(原子布尔型)
/**
* 通过AtomicBoolean变量实现线程中断
*
* @throws InterruptedException
*/
private static void atomicBooleanStopThread() throws InterruptedException {
new Thread(() -> {
while (!flag.get()) {
System.out.println("------- t1 run");
}
System.out.println("===== t1 is stop =====");
}, "t1").start();
// 让线程t1运行50毫秒后,中断线程运行
Thread.sleep(50);
new Thread(() -> {
flag.set(true);
System.out.println("------- t2 stop: " + flag.get());
}, "t2").start();
}
2.3 通过Thread类自带的中断api方法实现
/**
* 通过Thread类自带的中断api方法实现
*
* @throws InterruptedException
*/
private static void threadApiInterruptThread() throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
System.out.println("------- t1 run");
}
System.out.println("===== t1 is stop =====");
}, "t1");
t1.start();
// 让线程t1运行50毫秒后,中断线程运行
Thread.sleep(50);
new Thread(() -> {
// t1线程中断标识设置为true,等待县城自我中断
t1.interrupt();
System.out.println("------- t2 stop: " + true);
}, "t2").start();
}
3. 中断API源码分析
- 实例方法interrupt(),没有返回值
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(this);
return;
}
}
interrupt0();
}
//Thread.java
/* Some private helper methods */
private native void setPriority0(int newPriority);
private native void stop0(Object o);
private native void suspend0();
private native void resume0();
private native void interrupt0(); //---------------------------调用了c底层原生方法
private native void setNativeName(String name);
- 实例方法 isInterrupted,返回布尔值
/**
* Tests whether this thread has been interrupted. The <i>interrupted
* status</i> of the thread is unaffected by this method.
*
* <p>A thread interruption ignored because a thread was not alive
* at the time of the interrupt will be reflected by this method
* returning false.
*
* @return <code>true</code> if this thread has been interrupted;
* <code>false</code> otherwise.
* @see #interrupted()
* @revised 6.0
*/
public boolean isInterrupted() {
return isInterrupted(false);
}
//Thread.java
private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted);//也调用了c底层
中断API相关说明:
具体来说,当对一个线程,调用 interrupt() 时:
- 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,仅此而已。被设置中断标志的线程将继续正常运行,不受影响。所以, interrupt() 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(即:代码自行实现中断逻辑)。
- 如果线程处于被阻塞状态(例如处于sleep, wait, join 等状态),在别的线程中调用当前线程对象的interrupt方法,那么线程将立即退出被阻塞状态(中断状态将被清除),并抛出一个InterruptedException异常。( 关于这一点,
interrupt()
方法的注释有明确的说明,) - 中断不活动的线程不会产生任何影响,具体看下面案例
3.1 当前线程的中断标识为true,是不是线程就立刻停止?
答案:否, 仅仅设置了一个中断状态为true。
/**
* 中断为true后,并不是立刻stop程序
*/
public static void m4() {
//中断为true后,并不是立刻stop程序
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 1; i <= 800; i++) {
System.out.println("------i: " + i);
}
System.out.println("t1.interrupt()调用之后02: " + Thread.currentThread().isInterrupted());
}, "t1");
t1.start();
System.out.println("t1.interrupt()调用之前,t1线程的中断标识默认值: " + t1.isInterrupted());
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//实例方法interrupt()仅仅是设置线程的中断状态位设置为true,不会停止线程
t1.interrupt();
//活动状态,t1线程还在执行中
System.out.println("t1.interrupt()调用之后01: " + t1.isInterrupted());
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//非活动状态,t1线程不在执行中,已经结束执行了, 此时调用 isInterrupted() 方法不起作用,中断状态标识位返回:false
System.out.println("t1.interrupt()调用之后03: " + t1.isInterrupted());
}
运行结果:
t1.interrupt()调用之前,t1线程的中断标识默认值: false
------i: 1
------i: 2
------i: 3
......
------i: 645
t1.interrupt()调用之后01: true // ------此处中断标志位设置为了true,但是t1仍然在运行
------i: 646
......
------i: 798
------i: 799
------i: 800
t1.interrupt()调用之后02: true
t1.interrupt()调用之后03: false //中断不活动的线程不会产生任何影响,线程结束后应该是自动变为了false
3.2 中断异常代码案例:
当线程处于 wait
、join
、sleep
时,此时调用 interrupt()
方法,会触发 中断异常, 且会导致程序无限循环. 因为 InterruptedException,将会把中断状态清除。
public static void m5() {
Thread t1 = new Thread(() -> {
while (true) {
if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
System.out.println("-----isInterrupted() = true,程序结束。");
break;
}
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
// Thread.currentThread().interrupt(); //线程的中断标志位为false,无法停下,需要再次掉interrupt()设置true
e.printStackTrace();
}
System.out.println("------hello Interrupt");
}
}, "t1");
t1.start();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
new Thread(() -> {
t1.interrupt();//修改t1线程的中断标志位为true
}, "t2").start();
}
运行结果:
当调用 t1.interrupt(); 时,代码发生了异常,但 t1 依然在运行,没有结束掉
------hello Interrupt
------hello Interrupt
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
at com.atguigu.juc.interrupt.InterruptDemo.lambda$m5$0(InterruptDemo.java:34)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
------hello Interrupt
------hello Interrupt
------hello Interrupt
......
解决方法:
在 catch (InterruptedException e) 处添加 Thread.currentThread().interrupt();
发生异常后,再次调用代码执行中断,程序发生异常后依然可以正常结束;
------hello Interrupt
------hello Interrupt
------hello Interrupt
------hello Interrupt
------hello Interrupt
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
at com.atguigu.juc.interrupt.InterruptDemo.lambda$m5$0(InterruptDemo.java:34)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
------hello Interrupt
-----isInterrupted() = true,程序结束。
3.3 对静态方法 Thread.interrupted() 的理解
public static boolean interrupted()
静态方法,Thread.interrupted(); 判断线程是否被中断,并清除当前中断状态这个方法做了两件事:
- 1 返回当前线程的中断状态
- 2 将当前线程的中断状态设为false
注意:此方法连续调用两次的结果可能不一样
public static void main(String[] args) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---"+Thread.interrupted()); // main---false
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---"+Thread.interrupted()); // main---false
System.out.println("111111");
Thread.currentThread().interrupt();///----false---> true
System.out.println("222222");
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---"+Thread.interrupted()); // main---true
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---"+Thread.interrupted()); // main---false
}
运行结果:
main---false
main---false
111111
222222
main---true
main---false
对比 interrupted()
与 isInterrupted()
源码
public static boolean interrupted() {
return currentThread().isInterrupted(true);
}
public boolean isInterrupted() {
return isInterrupted(false);
}
/**
* Tests if some Thread has been interrupted. The interrupted state
* is reset or not based on the value of ClearInterrupted that is
* passed.
*/
private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted);
他们在底层都调用了native方法 isInterrupted() , 只不过传入参数ClearInterrupted一个传参传了true
,一个传了false
。
- 静态方法
interrupted()
中true
表示清空当前中断状态。 - 实例方法
isInterrupted
则不会。
4. 总结
线程中断相关的方法:
interrupt()
方法是一个实例方法它通知目标线程中断,也就是设置目标线程的中断标志位为true,中断标志位表示当前线程已经被中断了。
isInterrupted()
方法也是一个实例方法它判断当前线程是否被中断(通过检查中断标志位)并获取中断标志
Thread类的静态方法
interrupted()
返回当前线程的中断状态(boolean类型)且将当前线程的中断状态设为false,此方法调用之后会清除当前线程的中断标志位的状态(将中断标志置为false了),返回当前值并清零置false
二、LockSupport是什么
LockSupport
是用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语,其中 park()
和 unpack()
而作用分别是阻塞线程和解除阻塞线程.
三、线程等待唤醒机制
1. 3种让线程等待和唤醒的方法
- 使用Object中的
wait()
方法让线程等待,使用Object中的notify()
方法唤醒线程 - 使用JUC包中
Condition
的await()
方法让线程等待,使用signal()
方法唤醒线程 LockSupport
类可以阻塞当前线程以及唤醒指定被阻塞的线程
2. Object类中的 wait 和 notify 方法实现线程等待和唤醒
正确使用 wait / notify
- wait 和 notify 都必须在 synchronized 覆盖的代码块中
- 必须先执行 wait, 再执行 notify
/**
* 正确使用 wait / notify 实现线程的等待和唤醒
*
* @throws InterruptedException
*/
private static void normal() throws InterruptedException {
new Thread(() -> {
synchronized (object) {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ---- t1释放锁");
// wait方法会释放锁,给其他线程获取锁的机会
object.wait();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ---- t1重新获取锁");
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}, "t1").start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
new Thread(() -> {
synchronized (object) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---- notify");
object.notify(); // notify执行,让 t1 线程重新获取锁
}
}, "t2").start();
}
运行结果:
t1 ---- t1释放锁
t2---- notify
t1 ---- t1重新获取锁
错误使用—: 去掉 synchronized
/**
* 错误方式—: 去掉 synchronized
*
* @throws InterruptedException
*/
private static void error1() throws InterruptedException {
new Thread(() -> {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ---- t1释放锁");
// wait方法会释放锁,给其他线程获取锁的机会
object.wait();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ---- t1重新获取锁");
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}, "t1").start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---- notify");
object.notify(); // notify执行,让 t1 线程重新获取锁
}, "t2").start();
}
运行结果:
t1 ---- t1释放锁
Exception in thread "t1" java.lang.IllegalMonitorStateException
at java.lang.Object.wait(Native Method)
at java.lang.Object.wait(Object.java:502)
at com.atguigu.juc.interrupt.SynchronizedDemo.lambda$error1$2(SynchronizedDemo.java:59)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
t2---- notify
Exception in thread "t2" java.lang.IllegalMonitorStateException
at java.lang.Object.notify(Native Method)
at com.atguigu.juc.interrupt.SynchronizedDemo.lambda$error1$3(SynchronizedDemo.java:70)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
错误使用二:把notify和wait的执行顺序对换
/**
* 错误使用二:把notify和wait的执行顺序对换
*
* @throws InterruptedException
*/
private static void error2() throws InterruptedException {
new Thread(() -> {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2); // t1 线程先停2秒,等待t2线程执行结束
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
synchronized (object) {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ---- t1释放锁");
// wait方法会释放锁,给其他线程获取锁的机会
object.wait();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ---- t1重新获取锁");
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}, "t1").start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
new Thread(() -> {
synchronized (object) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---- notify");
object.notify(); // notify执行,让 t1 线程重新获取锁
}
}, "t2").start();
}
运行结果:
t2---- notify
t1 ---- t1释放锁
现象:t1 线程没有结束掉。
总结:
- wait和notify方法必须要在同步块或者方法里面,且必须成对出现使用
- 先wait后notify才可以,顺序不能错
3. Condition接口中的 await 后 signal 方法实现线程的等待和唤醒
正确使用 await / signal
- await 和 signal 都必须在 lock() / unlock() 覆盖的代码块中
- 必须先执行 await , 再执行 signal
/**
* 正确使用 Lock 的 await / signal 实现对线程的等待和唤醒
* @throws InterruptedException
*/
private static void normal() throws InterruptedException {
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
new Thread(() -> {
try {
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---- t1 释放锁");
condition.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---- t1 重新获取锁");
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
lock.unlock();
}
}, "t1").start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
new Thread(() -> {
try {
lock.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---- t2唤醒t1线程");
condition.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}, "t2").start();
}
运行结果:
t1---- t1 释放锁
t2---- t2唤醒t1线程
t1---- t1 重新获取锁
错误使用一:await 和 signal 不在 lock() / unlock() 覆盖的代码块中
报错: java.lang.IllegalMonitorStateException
错误使用二:必须先执行 signal , 再执行 await
线程没有正确的停止
4. Object和Condition使用的限制条件
- 线程先要获得并持有锁,必须在锁块(synchronized或lock)中
- 必须要先等待后唤醒,线程才能够被唤醒
5. LockSupport类中的park等待和unpark唤醒
5.1 概念解析
LockSupport 通过 park()
和 unpark(thread)
方法来实现阻塞和唤醒线程的操作
官网解释
LockSupport是用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。
- LockSupport类使用了一种名为Permit(许可)的概念来做到阻塞和唤醒线程的功能, 每个线程都有一个许可(permit),
- permit只有两个值1和零,默认是零。
- 可以把许可看成是一种(0,1)信号量(Semaphore),但与 Semaphore 不同的是,许可的累加上限是1。
5.2 主要方法
5.2.1 API
5.2.2 阻塞
park() / park(Object blocker)
- 阻塞当前线程 / 阻塞传入的具体线程
调用LockSupport.park()
时,发现它调用了unsafe类
,并且默认传了一个0
public static void park() {
UNSAFE.park(false, 0L);
}
- permit默认是零,所以一开始调用
park()
方法,当前线程就会阻塞,直到别的线程将当前线程的permit设置为1时,park方法会被唤醒,然后会将permit再次设置为零并返回。
5.2.3 唤醒
unpark(Thread thread)
, 唤醒处于阻塞状态的指定线程
/**
* Makes available the permit for the given thread, if it
* was not already available. If the thread was blocked on
* {@code park} then it will unblock. Otherwise, its next call
* to {@code park} is guaranteed not to block. This operation
* is not guaranteed to have any effect at all if the given
* thread has not been started.
*
* @param thread the thread to unpark, or {@code null}, in which case
* this operation has no effect
*/
public static void unpark(Thread thread) {
if (thread != null)
UNSAFE.unpark(thread);
}
调用LockSupport.unpark();
时,也调用了unsafe类
- 调用unpark(thread)方法后,就会将 thread线程的许可 permit 设置成1(注意多次调用 unpark 方法,不会累加,permit 值还是1)会自动唤醒 thread 线程,即之前阻塞中的 LockSupport.park() 方法会立即返回。
5.3 LockSupport 代码示例
正常+无锁块要求
/**
* 正常使用,无锁块要求
* 先阻塞后释放,可以实现线程的阻塞和唤醒
*
* @throws InterruptedException
*/
private static void m1() throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---- come in");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---- park阻塞");
LockSupport.park();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---- 继续执行");
}, "t1");
t1.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---- come in");
LockSupport.unpark(t1);
}, "t2").start();
}
运行结果:
t1---- come in
t1---- park阻塞
t2---- come in
t1---- 继续执行
先唤醒后等待,LockSupport 同样支持
/**
* 先释放后阻塞,也可以实现线程的阻塞和唤醒
*
* @throws InterruptedException
*/
private static void m2() throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---- come in");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---- park阻塞");
LockSupport.park();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---- 继续执行");
}, "t1");
t1.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---- come in");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "---- 给t1线程发通行证");
LockSupport.unpark(t1);
}, "t2").start();
}
运行结果:
t2---- come in
t2---- 给t1线程发通行证
t1---- come in
t1---- park阻塞
t1---- 继续执行
t1 sleep方法2秒后醒来,执行park无效,没有阻塞效果,这是因为 t2 先执行了unpark(t1)
导致上面的park方法无效.
注意:park() / unpark() 必须成对出现
错误使用:连续执行 unpark(), 相当于只执行了一次 unpark()
/**
* 连续执行 unpark(), 相当于只执行了一次 unpark()
*/
private static void error1() {
Thread t1 = new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "---come in");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "--- park1");
LockSupport.park();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "--- park2");
LockSupport.park();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "---被唤醒");
}, "t1");
t1.start();
new Thread(() -> {
LockSupport.unpark(t1);
LockSupport.unpark(t1);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "--- unpark1");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "--- unpark2");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}, "t2").start();
}
运行结果:
t1 ---come in
t1 --- park1
t2 --- unpark1
t2 --- unpark2
t1 --- park2
t1 没有停止,继续阻塞,这是因为 t2 连续执行了两次 unpark(t1)
,但其实只发布了一个通行证,导致 t1 的第一次 park() 被唤醒了,但是第二次 park() 就没有通行证用来唤醒它,因此 t1 阻塞。
总结:
- Lock Support是用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。
- Lock Support是一个线程阻塞工具类, 所有的方法都是静态方法, 可以让线程在任意位置阻塞, 阻塞之后也有对应的唤醒方法。归根结底,Lock Support调用的Unsafe中的native代码。
- Lock Support提供
park()
和unpark()
方法实现阻塞线程和解除线程阻塞的过程 - Lock Support和每个使用它的线程都有一个许可(permit) 关联。
- 每个线程都有一个相关的 permit, permit 最多只有一个, 重复调用
unpark()
也不会积累凭证。
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