java线程阻塞中断和LockSupport的常见问题

原文出处：http://agapple.iteye.com/blog/970055

上周五和周末，工作忙里偷闲，在看java cocurrent中也顺便再温故了一下Thread.interrupt和java 5之后的LockSupport的实现。

 

在介绍之前，先抛几个问题。

 

1. Thread.interrupt()方法和InterruptedException异常的关系？是由interrupt触发产生了InterruptedException异常？
2. Thread.interrupt()会中断线程什么状态的工作？ RUNNING or BLOCKING？
3. 一般Thread编程需要关注interrupt中断不？一般怎么处理？可以用来做什么？
4. LockSupport.park()和unpark()，与object.wait()和notify()的区别？
5. LockSupport.park(Object blocker)传递的blocker对象做什么用？
6. LockSupport能响应Thread.interrupt()事件不？会抛出InterruptedException异常？
7. Thread.interrupt()处理是否有对应的回调函数？类似于钩子调用？

如果你都都能很明确的答上来了，说明你已经完全懂Thread.interrupt，可以不用往下看那了。

那如果不清楚的，带着这几个问题，一起来梳理下。

Thread的interrupt处理的几个方法：

• public void interrupt() :  执行线程interrupt事件
• public boolean isInterrupted() : 检查当前线程是否处于interrupt
• public static boolean interrupted() ： check当前线程是否处于interrupt，并重置interrupt信息。类似于resetAndGet()

理解：

1. 每个线程都有一个interrupt status标志位，用于表明当前线程是否处于中断状态

2. 一般调用Thread.interrupt()会有两种处理方式

• 遇到一个低优先级的block状态时，比如object.wait(),object.sleep(),object.join()。它会立马触发一个unblock解除阻塞，并throw一个InterruptedException。
• 其他情况，Thread.interrupt()仅仅只是更新了status标志位。然后你的工作线程通过Thread.isInterrrupted()进行检查，可以做相应的处理，比如也throw InterruptedException或者是清理状态，取消task等。

在interrupt javadoc中描述：

最佳实践

IBM上有篇文章写的挺不错。Java theory and practice: Dealing with InterruptedException , 里面提到了Interrupt处理的几条最佳实践。

1. Don't swallow interrupts （别吃掉Interrupt，一般是两种处理：  继续throw InterruptedException异常。  另一种就是继续设置Thread.interupt()异常标志位，让更上一层去进行相应处理。
   
   Java代码  

   1. public class TaskRunner implements Runnable {  
   2.     private BlockingQueue<Task> queue;  
   3.   
   4.     public TaskRunner(BlockingQueue<Task> queue) {   
   5.         this.queue = queue;   
   6.     }  
   7.   
   8.     public void run() {   
   9.         try {  
   10.              while (true) {  
   11.                  Task task = queue.take(10, TimeUnit.SECONDS);  
   12.                  task.execute();  
   13.              }  
   14.          }  
   15.          catch (InterruptedException e) {   
   16.              // Restore the interrupted status  
   17.              Thread.currentThread().interrupt();  
   18.          }  
   19.     }  
   20. }  
    
2. Implementing cancelable tasks with Interrupt (使用Thread.interrupt()来设计和支持可被cancel的task)
   
   Java代码  

   1. public class PrimeProducer extends Thread {  
   2.     private final BlockingQueue<BigInteger> queue;  
   3.   
   4.     PrimeProducer(BlockingQueue<BigInteger> queue) {  
   5.         this.queue = queue;  
   6.     }  
   7.   
   8.     public void run() {  
   9.         try {  
   10.             BigInteger p = BigInteger.ONE;  
   11.             while (!Thread.currentThread().isInterrupted())  
   12.                 queue.put(p = p.nextProbablePrime());  
   13.         } catch (InterruptedException consumed) {  
   14.             /* Allow thread to exit */  
   15.         }  
   16.     }  
   17.   
   18.     public void cancel() { interrupt(); } // 发起中断  
   19. }<span style="white-space: normal;"> </span>  

注册Interrupt处理事件(非正常用法)

一般正常的task设计用来处理cancel，都是采用主动轮询的方式检查Thread.isInterrupt()，对业务本身存在一定的嵌入性，还有就是存在延迟，你得等到下一个检查点(谁知道下一个检查点是在什么时候，特别是进行一个socket.read时，遇到过一个HttpClient超时的问题)。

 

来看一下，主动抛出InterruptedException异常的实现，借鉴于InterruptibleChannel的设计，比较取巧。

 

 

Java代码  

1. interface InterruptAble { // 定义可中断的接口  
2.   
3.     public void interrupt() throws InterruptedException;  
4. }  
5.   
6. abstract class InterruptSupport implements InterruptAble {  
7.   
8.     private volatile boolean interrupted = false;  
9.     private Interruptible    interruptor = new Interruptible() {  
10.   
11.                                              public void interrupt() {  
12.                                                  interrupted = true;  
13.                                                  InterruptSupport.this.interrupt(); // 位置3  
14.                                              }  
15.                                          };  
16.   
17.     public final boolean execute() throws InterruptedException {  
18.         try {  
19.             blockedOn(interruptor); // 位置1  
20.             if (Thread.currentThread().isInterrupted()) { // 立马被interrupted  
21.                 interruptor.interrupt();  
22.             }  
23.             // 执行业务代码  
24.             bussiness();  
25.         } finally {  
26.             blockedOn(null);   // 位置2  
27.         }  
28.   
29.         return interrupted;  
30.     }  
31.   
32.     public abstract void bussiness() ;  
33.   
34.     public abstract void interrupt();  
35.   
36.     // -- sun.misc.SharedSecrets --  
37.     static void blockedOn(Interruptible intr) { // package-private  
38.         sun.misc.SharedSecrets.getJavaLangAccess().blockedOn(Thread.currentThread(), intr);  
39.     }  
40. }  

 

代码说明，几个取巧的点：

位置1：利用sun提供的blockedOn方法，绑定对应的Interruptible事件处理钩子到指定的Thread上。

位置2：执行完代码后，清空钩子。避免使用连接池时，对下一个Thread处理事件的影响。

位置3：定义了Interruptible事件钩子的处理方法，回调InterruptSupport.this.interrupt()方法，子类可以集成实现自己的业务逻辑，比如sock流关闭等等。

 

使用: 

 

Java代码  

1. class InterruptRead extends InterruptSupport {  
2.   
3.     private FileInputStream in;  
4.   
5.     @Override  
6.     public void bussiness() {  
7.         File file = new File("/dev/urandom"); // 读取linux黑洞，永远读不完  
8.         try {  
9.             in = new FileInputStream(file);  
10.             byte[] bytes = new byte[1024];  
11.             while (in.read(bytes, 0, 1024) > 0) {  
12.                 // Thread.sleep(100);  
13.                 // if (Thread.interrupted()) {// 以前的Interrupt检查方式  
14.                 // throw new InterruptedException("");  
15.                 // }  
16.             }  
17.         } catch (Exception e) {  
18.             throw new RuntimeException(e);  
19.         }  
20.     }  
21.   
22.     public FileInputStream getIn() {  
23.         return in;  
24.     }  
25.   
26.     @Override  
27.     public void interrupt() {  
28.         try {  
29.             in.getChannel().close();  
30.         } catch (IOException e) {  
31.             e.printStackTrace();  
32.         }  
33.     }  
34.   
35. }  
36.   
37. public static void main(String args[]) throws Exception {  
38.         final InterruptRead test = new InterruptRead();  
39.         Thread t = new Thread() {  
40.   
41.             @Override  
42.             public void run() {  
43.                 long start = System.currentTimeMillis();  
44.                 try {  
45.                     System.out.println("InterruptRead start!");  
46.                     test.execute();  
47.                 } catch (InterruptedException e) {  
48.                     System.out.println("InterruptRead end! cost time : " + (System.currentTimeMillis() - start));  
49.                     e.printStackTrace();  
50.                 }  
51.             }  
52.         };  
53.         t.start();  
54.         // 先让Read执行3秒  
55.         Thread.sleep(3000);  
56.         // 发出interrupt中断  
57.         t.interrupt();  
58.     }  

 

 

jdk源码介绍： 

1. sun提供的钩子可以查看System的相关代码, line : 1125

 

System代码  

1. sun.misc.SharedSecrets.setJavaLangAccess(new sun.misc.JavaLangAccess(){  
2.             public sun.reflect.ConstantPool getConstantPool(Class klass) {  
3.                 return klass.getConstantPool();  
4.             }  
5.             public void setAnnotationType(Class klass, AnnotationType type) {  
6.                 klass.setAnnotationType(type);  
7.             }  
8.             public AnnotationType getAnnotationType(Class klass) {  
9.                 return klass.getAnnotationType();  
10.             }  
11.             public <E extends Enum<E>>  
12.             E[] getEnumConstantsShared(Class<E> klass) {  
13.                 return klass.getEnumConstantsShared();  
14.             }  
15.             public void blockedOn(Thread t, Interruptible b) {  
16.                 t.blockedOn(b);  
17.             }  
18.         });  

 

 2. Thread.interrupt()

 

Java代码  

1. public void interrupt() {  
2.     if (this != Thread.currentThread())  
3.         checkAccess();  
4.   
5.     synchronized (blockerLock) {  
6.         Interruptible b = blocker;  
7.         if (b != null) {  
8.         interrupt0();       // Just to set the interrupt flag  
9.         b.interrupt(); //回调钩子  
10.         return;  
11.         }  
12.     }  
13.     interrupt0();  
14.     }  

 

 

更多

更多关于Thread.stop,suspend,resume,interrupt的使用注意点，可以看一下sun的文档,比如http://download.oracle.com/javase/6/docs/technotes/guides/concurrency/threadPrimitiveDeprecation.html

 

 

最后来解答一下之前的几个问题：

问题1： Thread.interrupt()方法和InterruptedException异常的关系？是由interrupt触发产生了InterruptedException异常？ 

答： Thread.interrupt()只是在Object.wait() .Object.join(), Object.sleep()几个方法会主动抛出InterruptedException异常。而在其他的的block常见，只是通过设置了Thread的一个标志位信息，需要程序自我进行处理。

 

Java代码  

1. if (Thread.interrupted())  // Clears interrupted status!  
2.     throw new InterruptedException();  

 

问题2：Thread.interrupt()会中断线程什么状态的工作？ RUNNING or BLOCKING？

答：Thread.interrupt设计的目的主要是用于处理线程处于block状态，比如wait(),sleep()状态就是个例子。但可以在程序设计时为支持task cancel，同样可以支持RUNNING状态。比如Object.join()和一些支持interrupt的一些nio channel设计。

 

问题3： 一般Thread编程需要关注interrupt中断不？一般怎么处理？可以用来做什么？

答： interrupt用途： unBlock操作，支持任务cancel， 数据清理等。

 

问题4： LockSupport.park()和unpark()，与object.wait()和notify()的区别？

答：

1.  面向的主体不一样。LockSuport主要是针对Thread进进行阻塞处理，可以指定阻塞队列的目标对象，每次可以指定具体的线程唤醒。Object.wait()是以对象为纬度，阻塞当前的线程和唤醒单个(随机)或者所有线程。

2.  实现机制不同。虽然LockSuport可以指定monitor的object对象，但和object.wait()，两者的阻塞队列并不交叉。可以看下测试例子。object.notifyAll()不能唤醒LockSupport的阻塞Thread.

 

 

 

问题5： LockSupport.park(Object blocker)传递的blocker对象做什么用？

答: 对应的blcoker会记录在Thread的一个parkBlocker属性中,通过jstack命令可以非常方便的监控具体的阻塞对象.

 

Java代码  

1. public static void park(Object blocker) {  
2.         Thread t = Thread.currentThread();  
3.         setBlocker(t, blocker); // 设置Thread.parkBlocker属性的值  
4.         unsafe.park(false, 0L);  
5.         setBlocker(t, null);  // 清除Thread.parkBlocker属性的值  
6.     }  

 具体LockSupport的javadoc描述也比较清楚,可以看下:

 

 

问题6： LockSupport能响应Thread.interrupt()事件不？会抛出InterruptedException异常？

答：能响应interrupt事件，但不会抛出InterruptedException异常。针对LockSupport对Thread.interrupte支持，也先看一下javadoc中的描述：

 

相关测试代码

 

Java代码  

1. package com.agapple.cocurrent;  
2.   
3. import java.io.File;  
4. import java.io.FileInputStream;  
5. import java.lang.reflect.Field;  
6. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
7. import java.util.concurrent.locks.LockSupport;  
8.   
9. public class LockSupportTest {  
10.   
11.     private static LockSupportTest blocker = new LockSupportTest();  
12.   
13.     public static void main(String args[]) throws Exception {  
14.         lockSupportTest();  
15.         parkTest();  
16.         interruptParkTest();  
17.         interruptSleepTest();  
18.         interruptWaitTest();  
19.     }  
20.   
21.     /** 
22.      * LockSupport.park对象后，尝试获取Thread.blocker对象，调用其single唤醒 
23.      *  
24.      * @throws Exception 
25.      */  
26.     private static void lockSupportTest() throws Exception {  
27.         Thread t = doTest(new TestCallBack() {  
28.   
29.             @Override  
30.             public void callback() throws Exception {  
31.                 // 尝试sleep 5s  
32.                 System.out.println("blocker");  
33.                 LockSupport.park(blocker);  
34.                 System.out.println("wakeup now!");  
35.             }  
36.   
37.             @Override  
38.             public String getName() {  
39.                 return "lockSupportTest";  
40.             }  
41.   
42.         });  
43.         t.start(); // 启动读取线程  
44.   
45.         Thread.sleep(150);  
46.         synchronized (blocker) {  
47.             Field field = Thread.class.getDeclaredField("parkBlocker");  
48.             field.setAccessible(true);  
49.             Object fBlocker = field.get(t);  
50.             System.out.println(blocker == fBlocker);  
51.             Thread.sleep(100);  
52.             System.out.println("notifyAll");  
53.             blocker.notifyAll();  
54.         }  
55.     }  
56.   
57.     /** 
58.      * 尝试去中断一个object.wait()，会抛出对应的InterruptedException异常 
59.      *  
60.      * @throws InterruptedException 
61.      */  
62.     private static void interruptWaitTest() throws InterruptedException {  
63.         final Object obj = new Object();  
64.         Thread t = doTest(new TestCallBack() {  
65.   
66.             @Override  
67.             public void callback() throws Exception {  
68.                 // 尝试sleep 5s  
69.                 obj.wait();  
70.                 System.out.println("wakeup now!");  
71.             }  
72.   
73.             @Override  
74.             public String getName() {  
75.                 return "interruptWaitTest";  
76.             }  
77.   
78.         });  
79.         t.start(); // 启动读取线程  
80.         Thread.sleep(2000);  
81.         t.interrupt(); // 检查下在park时，是否响应中断  
82.     }  
83.   
84.     /** 
85.      * 尝试去中断一个Thread.sleep()，会抛出对应的InterruptedException异常 
86.      *  
87.      * @throws InterruptedException 
88.      */  
89.     private static void interruptSleepTest() throws InterruptedException {  
90.         Thread t = doTest(new TestCallBack() {  
91.   
92.             @Override  
93.             public void callback() throws Exception {  
94.                 // 尝试sleep 5s  
95.                 Thread.sleep(5000);  
96.                 System.out.println("wakeup now!");  
97.             }  
98.   
99.             @Override  
100.             public String getName() {  
101.                 return "interruptSleepTest";  
102.             }  
103.   
104.         });  
105.         t.start(); // 启动读取线程  
106.         Thread.sleep(2000);  
107.         t.interrupt(); // 检查下在park时，是否响应中断  
108.     }  
109.   
110.     /** 
111.      * 尝试去中断一个LockSupport.park()，会有响应但不会抛出InterruptedException异常 
112.      *  
113.      * @throws InterruptedException 
114.      */  
115.     private static void interruptParkTest() throws InterruptedException {  
116.         Thread t = doTest(new TestCallBack() {  
117.   
118.             @Override  
119.             public void callback() {  
120.                 // 尝试去park 自己线程  
121.                 LockSupport.parkNanos(blocker, TimeUnit.SECONDS.toNanos(5));  
122.                 System.out.println("wakeup now!");  
123.             }  
124.   
125.             @Override  
126.             public String getName() {  
127.                 return "interruptParkTest";  
128.             }  
129.   
130.         });  
131.         t.start(); // 启动读取线程  
132.         Thread.sleep(2000);  
133.         t.interrupt(); // 检查下在park时，是否响应中断  
134.     }  
135.   
136.     /** 
137.      * 尝试去中断一个LockSupport.unPark()，会有响应 
138.      *  
139.      * @throws InterruptedException 
140.      */  
141.     private static void parkTest() throws InterruptedException {  
142.         Thread t = doTest(new TestCallBack() {  
143.   
144.             @Override  
145.             public void callback() {  
146.                 // 尝试去park 自己线程  
147.                 LockSupport.park(blocker);  
148.                 System.out.println("wakeup now!");  
149.             }  
150.   
151.             @Override  
152.             public String getName() {  
153.                 return "parkTest";  
154.             }  
155.   
156.         });  
157.   
158.         t.start(); // 启动读取线程  
159.         Thread.sleep(2000);  
160.         LockSupport.unpark(t);  
161.         t.interrupt();  
162.     }  
163.   
164.     public static Thread doTest(final TestCallBack call) {  
165.         return new Thread() {  
166.   
167.             @Override  
168.             public void run() {  
169.                 File file = new File("/dev/urandom"); // 读取linux黑洞  
170.                 try {  
171.                     FileInputStream in = new FileInputStream(file);  
172.                     byte[] bytes = new byte[1024];  
173.                     while (in.read(bytes, 0, 1024) > 0) {  
174.                         if (Thread.interrupted()) {  
175.                             throw new InterruptedException("");  
176.                         }  
177.                         System.out.println(bytes[0]);  
178.                         Thread.sleep(100);  
179.                         long start = System.currentTimeMillis();  
180.                         call.callback();  
181.                         System.out.println(call.getName() + " callback finish cost : "  
182.                                            + (System.currentTimeMillis() - start));  
183.                     }  
184.                 } catch (Exception e) {  
185.                     e.printStackTrace();  
186.                 }  
187.             }  
188.   
189.         };  
190.     }  
191. }  
192.   
193. interface TestCallBack {  
194.   
195.     public void callback() throws Exception;  
196.   
197.     public String getName();  
198. }  

 

 

最后

发觉文章越写越长,那就索性发到了论坛,大家一起讨论下.毕竟文章中描述的都是一些使用层面的东东,并没有从操作系统或者sun native实现上去介绍Thread的一些机制,熟悉这块的大牛门也可以出来发表下高见.