4. LockSupport与线程中断

cheese

发布于 2024-03-04 09:11:02

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发布于 2024-03-04 09:11:02

文章被收录于专栏：Java PorterJava Porter

引言

LockSupport

线程中断机制

什么是中断机制?

一个线程不应该由其他线程来强制中断或停止,应该由线程自己去停止
- Thread.stop,Thread.suspend,Thread.resume 均已被弃用
Java 提供了一种协作协商机制——中断,也称为中断标识协商机制
- 中断只是一种协商机制,Java 中没有给中断增加任何语法,中断过程完全需要程序员自己实现
- 若要中断一个线程,需要手动调用 interrupt 方法,该方法将线程对象的中断标识设成 true,之后编写代码不断检测当前线程的标志位
  - 若为 true,表示别的线程请求被该线程中断,中断后代码由程序员实现
每个线程对象均有一个中断标志位,用于表示线程是否被中断,该标志位为 true 表示中断,为 false 表示未中断
- 通过调用线程对象 interrupt 方法将该线程的标志位设为 true,可以在别的线程中调用,也可以在自己的线程中调用

说说一下 java.lang.Thread 类下的三个方法的区别

如何中断一个线程?
如何停止一个线程?

线程中断机制

中断机制相关 API 三个方法的说明

public void interrupt()

实例方法
仅仅设置了线程状态中断状态为 true,发起一个协商,并不会立刻停止线程

如果当前线程没有中断它自己（这在任何情况下都是允许的），则该线程的 checkAccess 方法就会被调用，这可能抛出 SecurityException。如果线程在调用 Object 类的 wait()、wait(long) 或 wait(long, int) 方法，或者该类的 join()、join(long)、join(long, int)、sleep(long) 或 sleep(long, int) 方法过程中受阻，则其中断状态将被清除，它还将收到一个 InterruptedException。如果该线程在可中断的通道上的 I/O 操作中受阻，则该通道将被关闭，该线程的中断状态将被设置并且该线程将收到一个 ClosedByInterruptException。如果该线程在一个 Selector 中受阻，则该线程的中断状态将被设置，它将立即从选择操作返回，并可能带有一个非零值，就好像调用了选择器的 wakeup 方法一样。如果以前的条件都没有保存，则该线程的中断状态将被设置。中断一个不处于活动状态的线程不需要任何作用。抛出： SecurityException - 如果当前线程无法修改该线程

public static boolean interrupted()

静态方法
首次调用返回线程状态,第二次调用将线程状态置为 false,并返回 fasle

测试当前线程是否已经中断。线程的_中断状态_ 由该方法清除。换句话说，如果连续两次调用该方法，则第二次调用将返回 false（在第一次调用已清除了其中断状态之后，且第二次调用检验完中断状态前，当前线程再次中断的情况除外）。线程中断被忽略，因为在中断时不处于活动状态的线程将由此返回 false 的方法反映出来。 **返回：**如果当前线程已经中断，则返回 true；否则返回 false。

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)

测试线程是否已经中断。线程的_中断状态_ 不受该方法的影响。线程中断被忽略，因为在中断时不处于活动状态的线程将由此返回 false 的方法反映出来。 **返回：**如果该线程已经中断，则返回 true；否则返回 false。

经典面试题中的中断机制考点

如何停止,中断运行中的线程

通过一个 volatile 变量实现

    static volatile boolean isStop = false;
    private static void m1_volatile() {
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                if (isStop) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t isStop被修改为true，程序停止");
                    break;
                }
                System.out.println("t1 -----hello volatile");
            }
        }, "t1").start();

        //暂停毫秒
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            isStop = true;
        }, "t2").start();
    }

运行上述 demo

通过 AtomicBoolean
- 原子布尔型,该变量的操作无需加锁

    static AtomicBoolean atomicBoolean = new AtomicBoolean(false);
    private static void m2_atomicBoolean() {
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                if (atomicBoolean.get()) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t atomicBoolean被修改为true，程序停止");
                    break;
                }
                System.out.println("t1 -----hello atomicBoolean");
            }
        }, "t1").start();

        //暂停毫秒
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        new Thread(() -> {
            atomicBoolean.set(true);
        }, "t2").start();
    }

效果

通过 Thread 类自带的中断 api 实例方法实现

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            while (true) {
                if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t isInterrupted()被修改为true，程序停止");
                    break;
                }
                System.out.println("t1 -----hello interrupt api");
            }
        }, "t1");
        t1.start();

        System.out.println("-----t1的默认中断标志位：" + t1.isInterrupted());

        //暂停毫秒
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //t2向t1发出协商，将t1的中断标志位设为true希望t1停下来
        new Thread(() -> {
            t1.interrupt();
        }, "t2").start();
        //t1.interrupt(); //main线程中断

效果

API

核心思想:在需要中断的线程中不断监听中断状态,一旦发生中断,就执行相应的中断处理业务逻辑 stop 线程

实例方法
- interrupt(),没有返回值
- interrupted,没有返回值
源码分析(interrupt)

Just to set the interrupt flag(只是为了设置中断标志)

interrupt0()为 native 方法,交由 OS 进行调度
源码分析(isInterrupted)

当前线程的中断标志位为 true,是不是线程就立刻停止?

     public static void main(String[] args) {
        //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
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i <= 300; i++) {
                System.out.println("-----: " + i);
            }
            System.out.println("t1线程调用interrupt()后的的中断标识02：" + Thread.currentThread().isInterrupted());
        }, "t1");
        t1.start();

        System.out.println("t1线程默认的中断标识：" + t1.isInterrupted());//false

        //暂停毫秒
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        t1.interrupt();//true
        System.out.println("t1线程调用interrupt()后的的中断标识01：" + t1.isInterrupted());//true

        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("t1线程调用interrupt()后的的中断标识03：" + t1.isInterrupted());//????---false中断不活动的线程不会产生任何影响。
    }

运行结果

t1线程默认的中断标识：false 									//活跃的线程默认中断标志位为false
-----: 1
-----: 2
-----: 3
...
-----: 132
t1线程调用interrupt()后的的中断标识01：true  	//interrupt方法仅修改中断标志位
-----: 133
-----: 134
...
-----: 300
t1线程调用interrupt()后的的中断标识02：true 	//再次监听线程中断标志位
//对于一个不活跃的线程,调用interrupt方法不产生任何运行,可以理解为恢复中断标志位默认值
t1线程调用interrupt()后的的中断标识03：false	
//线程结束

案例二
- 正常启动,正常中断

public static void main(String[] args) {
    Thread t1 = new Thread(() -> {
        while (true) {
            if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t " +
                                   "中断标志位：" + Thread.currentThread().isInterrupted() + " 程序停止");
                break;
            }

            System.out.println("-----hello InterruptDemo3");
        }
    }, "t1");
    t1.start();

    //暂停几秒钟线程
    try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }

    new Thread(() -> t1.interrupt(), "t2").start();
}

效果,中断之前一直执行

在调用 sleep()方法过程中被中断.重置中断标志位,抛出 InteruptedException 异常
- 此时中断标志位为 false,线程正常执行,where(true)…

效果

解决方案,在 catch 块中,再次调用 interrupt 方法复位中断标志位

                try {
                    Thread.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();//为什么要在异常处，再调用一次？？
                    e.printStackTrace();
                }

interupt()源码

静态方法 Thread.interrupted(),谈谈你的理解

demo

     public static void main(String[] args) {
        //测试当前线程是否被中断（检查中断标志），返回一个boolean并清除中断状态，
        // 第二次再调用时中断状态已经被清除，将返回一个false。


        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.interrupted());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.interrupted());
        System.out.println("----1");
        Thread.currentThread().interrupt();// 中断标志位设置为true
        System.out.println("----2");
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.interrupted());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + Thread.interrupted());

        Thread.interrupted();//静态方法

        Thread.currentThread().isInterrupted();//实例方法
    }

每次调用都指行两次操作
- 返回但前线程中断标志位
- 重置中断标志位(false)
两个方法的区别

底层private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted);方法会根据传入的ClearInterrupted 参数确定是否重置中断标志位
- 静态方法 interupted 传入的ClearInterrupted 为 true
- 实例方法 isInterupted 传入的ClearInterrupted 为 false

小结

public void interupt()是一个实例方法
- 用于通知目标线程中断,仅仅设置目标线程中断标志位为 true
public boolean isInterupted()也是一个实例方法
- 判断当前线程是否被中断,通过检查中断标志位,返回中断标志位
public static boolean interupted()是 Thread 类的一个静态方法
- 先获取当前线程的中断标志位并返回,之后将当前线程的中断标志位重置为初始值(false)
- 不管线程是否被中断,第二次调用总是得到 false

LockSupport

是什么?

park 方法与 unpark 方法

说明
- LockSupport 用于创建锁和其它同步类的基本线程阻塞原语
- park 方法的作用是阻塞线程 , unpark 方法是接触阻塞线程

线程等待唤醒机制

3 种让线程等待和唤醒的方法

使用 Object 类中的 wait 方法让线程等待,使用 notify 方法唤醒线程
使用 JUC 包中的 Condition 接口中的 await 方法让线程等待,使用 signal 方法唤醒线程
使用 LockSupport 类可以阻塞当前线程以及唤醒指定被阻塞的线程

Object 类中 wait 和 notify 方法实现线程等待和唤醒

正常情况,均在同步监视器中执行 wait 与 notify 方法,先执行 wait 方法后执行 notify 方法

    private static void syncWaitNotify() {
        Object objectLock = new Object();

        new Thread(() -> {
            synchronized (objectLock) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----come in");
                try {
                    objectLock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----被唤醒");
            }
        }, "t1").start();

        //暂停几秒钟线程
        try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }

        new Thread(() -> {
            synchronized (objectLock) {
                objectLock.notify();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----发出通知");
            }
        }, "t2").start();
    }

效果

结果说明
- t1 先执行,正常阻塞,
- t2 后执行,发出通知,结束线程
- t1 被唤醒,继续执行,结束线程

去除同步监视器 synchronized 的情况

效果

结果说明
- 抛出两次异常IllegalMonitorStateException,非法的监视器状态异常
- 带一次是调用 wait 方法,第二次是调用 notify 方法
结论
- wait 方法与 notify 方法的执行必须在当前线程已获取锁的情况下

正常情况下,将 notify 先于 wait 执行

     private static void syncWaitNotify() {
        Object objectLock = new Object();

        new Thread(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (objectLock) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----come in");
                try {
                    objectLock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----被唤醒");
            }
        }, "t1").start();

        //暂停几秒钟线程
        //try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }

        new Thread(() -> {
            synchronized (objectLock) {
                objectLock.notify();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----发出通知");
            }
        }, "t2").start();
    }

效果

结果说明
- t2 先执行 notify 唤醒线程,此时 t1 还没启动
- t1 运行进入 wait,等待唤醒,t2 已经结束,t1 陷入无限等待

结论

Object 中的 wait 于 notify 方法的使用有以下两个限制
- 两个方法均必须获取锁之后才能调用
- wait 方法必须先于 notify 方法调用

Condition 接口中的 await 后的 signal 方法实现线程的等待和唤醒

与 Object 类中的方法类似
- await 对标 wait 方法
- signal 对标 notify 方法
正常情况

    private static void lockAwaitSignal() {
        Lock lock = new ReentrantLock();
        Condition condition = lock.newCondition();

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----come in");
                condition.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----被唤醒");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t1").start();

        //暂停几秒钟线程
        try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                condition.signal();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----发出通知");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t2").start();
    }

无锁情况,将 lock 与 unlock 方法注掉

signal 先于 await 方法调用的情况

    private static void lockAwaitSignal() {
        Lock lock = new ReentrantLock();
        Condition condition = lock.newCondition();

        new Thread(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----come in");
                condition.await();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----被唤醒");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t1").start();

        //暂停几秒钟线程
        //try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                condition.signal();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----发出通知");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t2").start();
    }

结论
- 与 synchronized 的类似,须在获取锁之后进行调用,先等待再唤醒

Object 类和 Condition 接口实现的限制

调用之前必须获取锁对象
先等待后唤醒

LockSupport 类中的 park 等待与 unpark 唤醒

该类与使用它的每个线程关联一个许可证（在Semaphore类的意义上）。如果许可证可用，将立即返回park ，并在此过程中消费; 否则可能会阻止。如果尚未提供许可，则致电unpark获得许可。（与Semaphores不同，许可证不会累积。最多只有一个。）可靠的使用需要使用volatile（或原子）变量来控制何时停放或取消停放。对于易失性变量访问保持对这些方法的调用的顺序，但不一定是非易失性变量访问。
LockSupport 类使用了一种名为 Permit(许可)的概念做到阻塞和唤醒线程功能,每一个线程都有一个许可(permit)与 Semaphore 不同,LockSupport 许可上限是 1
主要方法

通过 LockSupport 调用 park 方法的执行过程

permit 许可证默认没有,不能放行
所以一开始调用 park 方法但前线程就会阻塞,
直至别的线程调用 unpark 为当前线程发放 permit,park方法才会唤醒
unpark 与 park 类似均调用自 UNSafe 类中的 unpark 方法

基于 LockSupport 实现等待唤醒

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----come in" + System.currentTimeMillis());
            LockSupport.park();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----被唤醒" + System.currentTimeMillis());
        }, "t1");
        t1.start();

        //暂停几秒钟线程
        try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }

        new Thread(() -> {
            LockSupport.unpark(t1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ----发出通知");
        }, "t2").start();