聊聊贯穿Java并发编程的中断机制
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2020-05-24 23:21
本来是要介绍 AQS 作为我们走进并发编程源码环节的第一步，但 AQS 涉及的知识点也还真有点多，每一个都够单独拿出来说一说，恰巧有朋友私信我“不理解线程的中断机制”，中断机制又恰巧是 AQS API实现的一部分，更贯穿于整个并发编程内容中。于是就打算单独说一说这个小机制，先让大家做到心中有 number
在学习/编写并发程序时，总会听到/看到如下词汇：
- 线程被中断或抛出InterruptedException
- 设置了中断标识
- 清空了中断标识
- 判断线程是否被中断
在 Java Thread 类又提供了长相酷似，让人傻傻分不清的三个方法来处理并发中断问题：
interrupt()interrupted()isInterrupted()
看到这我不禁会问自己：
什么是中断机制？
刚刚接触【中断】这个词时，先入为主的概念就是“直接中断/打断”正在做的事，使其停止。我的理解是这样的：
你：在打游戏
女朋友：别打游戏了，赶快过来吃饭
你：听到女朋友招呼之后立马中断手中的游戏乖乖过去吃饭
在多线程编程中，中断是一种【协同】机制，怎么理解这么高大上的词呢？就是女朋友叫你吃饭，你收到了中断游戏通知，但是否马上放下手中的游戏去吃饭看你心情 。在程序中怎样演绎这个心情就看具体的业务逻辑了，Java 的中断机制就是这么简单
如果还没改变这个先入为主的概念，我怀你没有女朋友（?）我们拥抱一下
为什么会有中断机制？
中断是一种协同机制，我觉得就是解决【当局者迷】的状况
现实中，你努力忘我没有昼夜的工作，如果再没有人告知你中断，你身体是吃不消的。
在多线程的场景中，有的线程可能迷失在怪圈无法自拔（自旋浪费资源），这时就可以用其他线程在恰当的时机给它个中断通知，被“中断”的线程可以选择在恰当的时机选择跳出怪圈，最大化的利用资源
那程序中如何中断？怎样识别是否中断？又如何处理中断呢？这就与上文提到的三个方法有关了
interrupt() VS isInterrupted() VS interrupted()
Java 的每个线程对象里都有一个 boolean 类型的标识，代表是否有中断请求，可你寻遍 Thread 类你也不会找到这个标识，因为这是通过底层 native 方法实现的。
interrupt()
interrupt() 方法是 唯一一个 可以将上面提到中断标志设置为 true 的方法，从这里可以看出，这是一个 Thread 类 public 的对象方法，所以可以推断出任何线程对象都可以调用该方法，进一步说明就是可以一个线程 interrupt 其他线程，也可以 interrupt 自己。其中，中断标识的设置是通过 native 方法 interrupt0 完成的
在 Java 中，线程被中断的反应是不一样的，脾气不好的直接就抛出了 InterruptedException() ，
该方法注释上写的很清楚，当线程被阻塞在：
- wait()
- join()
- sleep()
这些方法时，如果被中断，就会抛出 InterruptedException 受检异常（也就是必须要求我们 catch 进行处理的）
熟悉 JUC 的朋友可能知道，其实被中断抛出 InterruptedException 的远远不止这几个方法，比如：
反向推理，这些可能阻塞的方法如果声明有 throws InterruptedException ， 也就暗示我们它们是可中断的
调用 interrput() 方法后，中断标识就被设置为 true 了，那我们怎么利用这个中断标识，来判断某个线程中断标识到底什么状态呢？
isInterrupted()
这个方法名起的非常好，因为比较符合我们 bean boolean 类型字段的 get 方法规范，没错，该方法就是返回中断标识的结果：
- true：线程被中断，
- false：线程没被中断或被清空了中断标识（如何清空我们一会儿看）
拿到这个标识后，线程就可以判断这个标识来执行后续的逻辑了。有起名好的，也有起名不好的，就是下面这个方法：
interrupted()
按照常规翻译，过去时时态，这就是“被打断了/被打断的”，其实和上面的 isInterrupted() 方法差不多，两个方法都是调用 private 的 isInterrupted() 方法， 唯一差别就是会清空中断标识（这是从方法名中怎么也看不出来的）
因为调用该方法，会返回当前中断标识，同时会清空中断标识，就有了那一段有点让人迷惑的方法注释：
来段程序你就会明白上面注释的意思了：
Thread.currentThread().isInterrupted(); // true
Thread.interrupted() // true，返回true后清空了中断标识将其置为 false
Thread.currentThread().isInterrupted(); // false
Thread.interrupted() // false
这个方法总觉得很奇怪，现实中有什么用呢？
当你可能要被大量中断并且你想确保只处理一次中断时，就可以使用这个方法了
该方法在 JDK 源码中应用也非常多，比如（后续文章会具体分析，这里知道该方法的作用和使用场景就好）：
相信到这里你已经能明确分辨三胞胎都是谁，并发挥怎样的作用了，那么有哪些场景我们可以使用中断机制呢？
中断机制的使用场景
通常，中断的使用场景有以下几个
- 点击某个桌面应用中的关闭按钮时（比如你关闭 IDEA，不保存数据直接中断好吗？）；
- 某个操作超过了一定的执行时间限制需要中止时；
- 多个线程做相同的事情，只要一个线程成功其它线程都可以取消时；
- 一组线程中的一个或多个出现错误导致整组都无法继续时；
因为中断是一种协同机制，提供了更优雅中断方式，也提供了更多的灵活性，所以当遇到如上场景等，我们就可以考虑使用中断机制了
使用中断机制有哪些注意事项
其实使用中断机制无非就是注意上面说的两项内容：
- 中断标识
- InterruptedException
前浪已经将其总结为两个通用原则，我们后浪直接站在肩膀上用就可以了，来看一下这两个原则是什么：
原则-1
如果遇到的是可中断的阻塞方法, 并抛出 InterruptedException，可以继续向方法调用栈的上层抛出该异常；如果检测到中断，则可清除中断状态并抛出 InterruptedException，使当前方法也成为一个可中断的方法
原则-2
若有时候不太方便在方法上抛出 InterruptedException，比如要实现的某个接口中的方法签名上没有 throws InterruptedException，这时就可以捕获可中断方法的 InterruptedException 并通过 Thread.currentThread.interrupt() 来重新设置中断状态。
再通过个例子来加深一下理解：
本意是当前线程被中断之后，退出while(true), 你觉得代码有问题吗？（先不要向下看）
Thread th = Thread.currentThread();
while(true) {
if(th.isInterrupted()) {
break;
}
// 省略业务代码
try {
Thread.sleep(100);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}
打开 Thread.sleep 方法：
sleep 方法抛出 InterruptedException后，中断标识也被清空置为 false，我们在catch 没有通过调用 th.interrupt() 方法再次将中断标识置为 true，这就导致无限循环了
这两个原则很好理解。总的来说，我们应该留意 InterruptedException，当我们捕获到该异常时，绝不可以默默的吞掉它，什么也不做，因为这会导致上层调用栈什么信息也获取不到。其实在编写程序时，捕获的任何受检异常我们都不应该吞掉
JDK 中有哪些使用中断机制的地方呢？
中断机制贯穿整个并发编程中，这里只简单列觉大家经常会使用的，我们可以通过阅读JDK源码来进一步了解中断机制以及学习如何使用中断机制
ThreadPoolExecutor
ThreadPoolExecutor 中的 shutdownNow 方法会遍历线程池中的工作线程并调用线程的 interrupt 方法来中断线程
FutureTask
FutureTask 中的 cancel 方法，如果传入的参数为 true，它将会在正在运行异步任务的线程上调用 interrupt 方法，如果正在执行的异步任务中的代码没有对中断做出响应，那么 cancel 方法中的参数将不会起到什么效果
总结
到这里你应该理解Java 并发编程中断机制的含义了，它是一种协同机制，和你先入为主的概念完全不一样。区分了三个相近方法，说明了使用场景以及使用原则，同时又给出JDK源码一些常见案例，相信你已经胸中有沟壑了，接下来，跟上节奏，我们陆续走进源码吧
灵魂追问
- 抛出 InterruptedException 后，中断标识就一定被清空吗？
- 处在死锁状态的线程是否可以被中断呢？
- 进入临界区的线程能否被中断呢？如果不能有什么办法能响应中断吗？
- 个人感觉interrupted这个方法名称不是特别好，如果你也觉得不好，让你设计这个地方，你有什么想法？
有朋友可能会问文章开头的图，同时看一个类的不同部分怎么实现的？不等您开口，我就全盘招了，其实就是屏幕分割（在文件上鼠标右键->选择水平/垂直分割），这样在同时查看某些代码时还是很方便的（带鱼屏垂直分割真是爽翻天），保姆式演示如下（由于公众号限制，完整动图查看原文吧）：
参考
- Java 并发编程实战
- Java并发编程的艺术
- https://www.infoq.cn/article/java-interrupt-mechanism
- https://coderanch.com/t/237332/certification/explain-interrupt-isInterrupted-interrupted-method
- https://dzone.com/articles/waiting-for-coroutines
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