Java多线程9：中断机制

一、概述

　　之前讲解Thread类中方法的时候，interrupt()、interrupted()、isInterrupted()三个方法没有讲得很清楚，只是提了一下。现在把这三个方法同一放到这里来讲，因为这三个方法都涉及到多线程的一个知识点----中断机制。

　　Java没有提供一种安全、直接的方法来停止某个线程，而是提供了中断机制。中断机制是一种协作机制，也就是说通过中断并不能直接终止另一个线程，而需要被中断的线程自己处理。有个例子举个蛮好，就像父母叮嘱出门在外的子女要注意身体一样，父母说了，但是子女是否注意身体、如何注意身体，还是要看自己。

　　中断机制也是一样的，每个线程对象里都有一个标识位表示是否有中断请求（当然JDK的源码是看不到这个标识位的，是虚拟机线程实现层面的），代表着是否有中断请求。

二、三个中断有关的方法

　　1、interrupt()方法

/**
     * Interrupts this thread.
     *
     * <p> Unless the current thread is interrupting itself, which is
     * always permitted, the {@link #checkAccess() checkAccess} method
     * of this thread is invoked, which may cause a {@link
     * SecurityException} to be thrown.
     *
     * <p> If this thread is blocked in an invocation of the {@link
     * Object#wait() wait()}, {@link Object#wait(long) wait(long)}, or {@link
     * Object#wait(long, int) wait(long, int)} methods of the {@link Object}
     * class, or of the {@link #join()}, {@link #join(long)}, {@link
     * #join(long, int)}, {@link #sleep(long)}, or {@link #sleep(long, int)},
     * methods of this class, then its interrupt status will be cleared and it
     * will receive an {@link InterruptedException}.
     *
     * <p> If this thread is blocked in an I/O operation upon an {@link
     * java.nio.channels.InterruptibleChannel InterruptibleChannel}
     * then the channel will be closed, the thread's interrupt
     * status will be set, and the thread will receive a {@link
     * java.nio.channels.ClosedByInterruptException}.
     *
     * <p> If this thread is blocked in a {@link java.nio.channels.Selector}
     * then the thread's interrupt status will be set and it will return
     * immediately from the selection operation, possibly with a non-zero
     * value, just as if the selector's {@link
     * java.nio.channels.Selector#wakeup wakeup} method were invoked.
     *
     * <p> If none of the previous conditions hold then this thread's interrupt
     * status will be set. </p>
     *
     * <p> Interrupting a thread that is not alive need not have any effect.
     *
     * @throws  SecurityException
     *          if the current thread cannot modify this thread
     *
     * @revised 6.0
     * @spec JSR-51
     */
    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();
    }

/* 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();
    private native void setNativeName(String name);

　　①：看一下第47行，interrupt()方法的作用只是设置中断标识位（Just to set the interrupt flag），并不会强制要求线程必须进行处理。再看一下第32行，interrupt()方法作用的线程是处于不是终止状态或新建状态的线程（Interrupting a thread that is not alive need not have any effect.）。

　　关于线程是否是alive的判断（A thread is alive if it has been started and has not yet died.）

　　②：看一下第29-30行，只有当那三种情况都不成立时，interrupt()方法才会设置线程的中断标识位（If none of the previous conditions hold then this thread's interrupt status will be set.）。这里介绍第一种，当调用Object的wait()/wait(long)/wait(long, int)方法，或是调用线程的join()/join(long)/join(long, int)/sleep(long)/sleep(long, int)方法， 那么interrupt()方法作用的线程的中断标识位会被清除并抛出InterruptedException异常。其余两种情况自己参看注释。

　　③：看一下第二块代码的第6行interrupt0()方法（设置中断标识位），这是一个被native修饰的方法，很明显这是一个本地方法，是Java虚拟机实现的。

　　2、isInterrupted()

　　该方法的作用就是测试线程是否已经中断，且线程的中断标识位并不受该方法的影响。

/**
     * 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);
    }

    /**
     * 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);

　　①：注意一下第5-7行，若是调用isInterrupted()方法时，当前已经调用interrupt()方法的线程was not alive，方法会返回false，而不是true。

　　②：最终调用的是isInterrupted(boolean ClearInterrupted)，这个方法是一个native的，看得出也是Java虚拟机实现的。方法的参数ClearInterrupted，顾名思义，清除中断标识位，这里传递false，明显就是不清除。

　　举例：验证一下①中情况

public class Thread01 extends Thread{

    @Override
    public void run() {

    }
}

　　测试一下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread01 thread01 = new Thread01();
        thread01.start();
        thread01.interrupt();
        Thread.sleep(10);
        System.out.println(thread01.isInterrupted());
        System.out.println(thread01.isInterrupted());
        System.out.println(thread01.isInterrupted());
    }
}

　　结果：

false
false
false

　　可以看到，虽然调用了interrupt()方法，但是在调用isInterrupted()方法的时候，线程已经执行完了，所以返回的是false。

　　看一下反例，调用interrupt()方法，在线程没执行完的时候调用isInterrupted()方法

public class Thread01 extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        for(int i = 0; i < 50000; i++) {

        }
    }
}

　　测试一下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread01 thread01 = new Thread01();
        thread01.start();
        thread01.interrupt();
        System.out.println(thread01.isInterrupted());
        System.out.println(thread01.isInterrupted());
        System.out.println(thread01.isInterrupted());
    }
}

　　结果：

true
true
true

　　3、interrupted()

　　该方法的作用就是测试当前线程（currentThread）是否已经中断，且线程的中断标识位会被清除，换句话说，连续成功调用两次该方法，第二次的返回值一定是false。注意该方法是一个静态方法。

/**
     * Tests whether the current thread has been interrupted.  The
     * <i>interrupted status</i> of the thread is cleared by this method.  In
     * other words, if this method were to be called twice in succession, the
     * second call would return false (unless the current thread were
     * interrupted again, after the first call had cleared its interrupted
     * status and before the second call had examined it).
     *
     * <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 the current thread has been interrupted;
     *          <code>false</code> otherwise.
     * @see #isInterrupted()
     * @revised 6.0
     */
    public static boolean interrupted() {
        return currentThread().isInterrupted(true);
    }

private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted);

　　①：注意一下第9-11行，若是调用interrupted()方法时，当前已经调用interrupt()方法的线程was not alive，方法会返回false，而不是true。

　　②：最终调用的是isInterrupted(boolean ClearInterrupted)，这个方法是一个native的，看得出也是Java虚拟机实现的。方法的参数ClearInterrupted，顾名思义，清除中断标识位，这里传递true，明显就是清除线程的中断标识位。

　　此外，JDK API中有些类的方法也可能会调用中断，比如FutureTask的cancel，如果传入true则会在正在运行的异步任务上调用interrupt()方法，又如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。这些场景下只要代码没有对中断作出响应，那么任务将一直执行下去。

　　举例1：说明interrupted()方法测试的是当前线程是否被中断

public class Thread01 extends Thread{

    private List<Integer> list = new ArrayList<>();
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("开始执行run方法");
        for(int i = 0; i < 50000; i++) {
            list.add(i);
        }
        System.out.println("执行run方法结束");
        
    }
}

　　测试：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread01 thread01 = new Thread01();
        thread01.start();
        Thread.sleep(5);
        thread01.interrupt();
        System.out.println(Thread.interrupted());
        System.out.println(thread01.isInterrupted());
        System.out.println(thread01.isInterrupted());
    }
}

　　结果：

开始执行run方法
false
true
true
执行run方法结束

　　说明：由8行和9行结果来看，thread01确实是在执行期间被设置了中断标识位，但是第7行结果并没有返回true，这是因为Thread.interrupted()方法测试的当前线程是否处于中断状态，其当前线程是main线程，而main线程并没有处于中断状态，所以返回false。

　　举例2：若是run方法之行结束了，再来测试thread01是否处于中断状态，那么结果是什么

public class Thread01 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("开始执行run方法");
        System.out.println("执行run方法结束");
    }
}

　　测试：sleep方法确保thread01执行完了在测试其是否处于中断状态

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread01 thread01 = new Thread01();
        thread01.start();
        thread01.interrupt();
        Thread.sleep(50);
        System.out.println(Thread.interrupted());
        System.out.println(thread01.isInterrupted());
        System.out.println(thread01.isInterrupted());
    }
}

　　结果：

开始执行run方法
执行run方法结束
false
false
false

　　说明：可以看到，即使thread01被设置了中断标识位，但若是线程执行完成了再来测试其是否处于中断状态，那么一定会返回false。

　　举例3：中断main线程，给main线程设置中断标识位

public class Thread01 extends Thread{

    private List<Integer> list = new ArrayList<>();
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("开始执行run方法");
        for(int i = 0; i < 50000; i++) {
            list.add(i);
        }
        System.out.println("执行run方法结束");
    }
}

　　测试：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread01 thread01 = new Thread01();
        thread01.start();
        thread01.interrupt();
        Thread.sleep(5);
        Thread.currentThread().interrupt();
        System.out.println(Thread.interrupted());
        System.out.println(Thread.interrupted());
        System.out.println(thread01.isInterrupted());
        System.out.println(thread01.isInterrupted());
    }
}

　　结果：

开始执行run方法
true
false
true
true
执行run方法结束

三、中断处理时机

　　这其实是一个很宽泛的、没有标注答案的话题。显然，作为一种协作机制，不会强求被中断的线程一定要在某个点进行中断处理。实际上，被中断线程只需要在合适的时候处理即可，如果没有合适的时间点，甚至可以不处理。"合适的时间点"就和业务逻辑密切相关了。

　　处理时机决定着程序的效率和响应的灵敏度。频繁的检查中断可能会导致程序执行效率低下，较少的检查则可能导致中断请求得不到及时响应。在实际场景中，如果性能指标比较关键，可能需要建立一个测试模型来分析最佳的中断检测点，以平衡性能和响应灵敏性。

四、线程中断举例

　　示例1：线程被设置了中断标识位且没有抛出异常：InterruptedException

public class Thread01 extends Thread{

    @Override
    public void run() {

        while(true){
            if(Thread.currentThread().isInterrupted()){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "被中断了");
                break;
            }else{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "在运行中");
            }
        }

    }
}

　　测试：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread01 thread01 = new Thread01();
        thread01.start();
        Thread.sleep(1000);
        thread01.interrupt();
    }
}

　　结果：

.......
Thread-0在运行中
Thread-0在运行中
Thread-0在运行中
Thread-0在运行中
Thread-0在运行中
Thread-0在运行中
Thread-0在运行中
Thread-0被中断了

　　代码分为以下几步：

　　1、main函数起一个thread01线程

　　2、main函数1秒钟之后给t线程打一个中断标识位，表示thread01线程要中断

　　3、thread01线程无限轮询自己的中断标识位，中断了则打印、退出，否则一直运行

　　从控制台上打印的语句看到，1秒钟中断后，就停止了。那这种场景就是前面说的"频繁地检查"，导致程序效率低下；那如果不频繁地检查呢，比如在while中的else分支中加上Thread.sleep(500)，表示500ms即0.5s检查一次，那这种场景就是前面说的"中断得不到及时的响应"。

　　其实这个例子中，thread01线程完全可以不用去管这个中断标识位的，不去检查就好了，只管做自己的事情，这说明中断标识位设不设置是别人的事情，处不处理是我自己的事情，没有强制要求必须处理中断。按照这个例子理解就是，main线程中给thread01线程设置了中断标识位，但是thread01线程处不处理就是它自己的事情了。

 　　但是，那些会抛出InterruptedException的方法要除外。像sleep、wait、notify、join，这些方法遇到中断必须有对应的措施，可以直接在catch块中处理，也可以抛给上一层。这些方法之所以会抛出InterruptedException就是由于Java虚拟机在实现这些方法的时候，本身就有某种机制在判断中断标识位，如果中断了，就抛出一个InterruptedException。

　　示例2：若线程被设置了中断标识位，调用sleep方法时会抛出异常

public class Thread01 extends Thread{

    @Override
    public void run() {

        while(true){
            if(Thread.currentThread().isInterrupted()){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "被中断了");
                break;
            }else{
                try {
                    Thread.sleep(400);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "运行中");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                    System.out.println("sleep方法抛出了异常");
                    break;
                }
            }
        }

    }
}

　　测试：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread01 thread01 = new Thread01();
        thread01.start();
        Thread.sleep(1000);
        thread01.interrupt();
    }
}

　　结果：

参考资料：

Java多线程17：中断机制

Thread中interrupted()方法和isInterrupted()方法区别总结