Thread类源码解读(3)——线程中断interrupt

摘要：现在终止一个线程，基本上只能靠曲线救国式的中断来实现。中断机制的核心在于中断状态和异常中断状态设置一个中断状态清除一个中断状态方法同时会返回线程原来的中断的状态。中断异常中断异常一般是线程被中断后，在一些类型的方法如中抛出。

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线程中断是一个很重要的概念，通常，取消一个任务的执行，最好的，同时也是最合理的方法，就是通过中断。

本篇我们主要还是通过源码分析来看看中断的概念。

本文的源码基于JDK1.8

java线程的中断机制为我们提供了一个契机，使被中断的线程能够有机会从当前的任务中跳脱出来。而中断机制的最核心的两个概念就是interrupt status 和 InterruptedException。

java中对于中断的大部分操作无外乎以下两点:

设置或者清除中断标志位

抛出InterruptedException

在java中，每一个线程都有一个中断标志位，表征了当前线程是否处于被中断状态，我们可以把这个标识位理解成一个boolean类型的变量，当我们中断一个线程时，将该标识位设为true，当我们清除中断状态时，将其设置为false, 其伪代码如下:

(注意，本文的伪代码部分是我个人所写，并不权威，只是帮助我自己理解写的)

// 注意，这是伪代码！！！
// 注意，这是伪代码！！！
// 注意，这是伪代码！！！
public class Thread implements Runnable {
    private boolean interruptFlag; // 中断标志位
    
    public boolean getInterruptFlag() {
        return this.interruptFlag;
    }
    
    public void setInterruptFlag(boolean flag) {
        this.interruptFlag = flag;
    }
}

然而，在Thread线程类里面，并没有类似中断标志位的属性，但是提供了获取中断标志位的接口:

/**
 * 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);

这是一个native方法，同时也是一个private方法，该方法除了能够返回当前线程的中断状态，还能根据ClearInterrupted参数来决定要不要重置中断标志位(reset操作相当于上面的interruptFlag = false)。

Thread类提供了两个public方法来使用该native方法:

public boolean isInterrupted() {
    return isInterrupted(false);
}

public static boolean interrupted() {
    return currentThread().isInterrupted(true);
}

其中isInterrupted调用了isInterrupted(false), ClearInterrupted参数为false, 说明它仅仅返回线程实例的中断状态，但是不会对现有的中断状态做任何改变，伪代码可以是:

// 注意，这是伪代码！！！
// 注意，这是伪代码！！！
// 注意，这是伪代码！！！
public boolean isInterrupted() {
    return interruptFlag; //直接返回Thread实例的中断状态
}

而interrupted是一个静态方法，所以它可以由Thread类直接调用，自然就是作用于当前正在执行的线程，所以函数内部使用了currentThread()方法，与isInterrupted()方法不同的是，它的ClearInterrupted参数为true，在返回线程中断状态的同时，重置了中断标识位，伪代码可以是:

// 注意，这是伪代码！！！
// 注意，这是伪代码！！！
// 注意，这是伪代码！！！
public static boolean interrupted() {
    Thread current = Thread.currentThread(); // 获取当前正在执行的线程
    boolean interruptFlag = current.getInterruptFlag(); // 获取线程的中断状态
    current.setInterruptFlag(false); // 清除线程的中断状态
    return interruptFlag; //返回线程的中断状态
}

可见，isInterrupted() 和 interrupted() 方法只涉及到中断状态的查询，最多是多加一步重置中断状态，并不牵涉到InterruptedException。

不过值得一提的是，在我们能使用到的public方法中，interrupted()是我们清除中断的唯一方法。

我们直接来看的源码:

/**
 * Thrown when a thread is waiting, sleeping, or otherwise occupied,
 * and the thread is interrupted, either before or during the activity.
 * Occasionally a method may wish to test whether the current
 * thread has been interrupted, and if so, to immediately throw
 * this exception.  The following code can be used to achieve
 * this effect:
 * 
 *  if (Thread.interrupted())  // Clears interrupted status!
 *      throw new InterruptedException();
 * 
 *
 * @author  Frank Yellin
 * @see     java.lang.Object#wait()
 * @see     java.lang.Object#wait(long)
 * @see     java.lang.Object#wait(long, int)
 * @see     java.lang.Thread#sleep(long)
 * @see     java.lang.Thread#interrupt()
 * @see     java.lang.Thread#interrupted()
 * @since   JDK1.0
 */
public class InterruptedException extends Exception {
    private static final long serialVersionUID = 6700697376100628473L;

    /**
     * Constructs an InterruptedException with no detail  message.
     */
    public InterruptedException() {
        super();
    }

    /**
     * Constructs an InterruptedException with the
     * specified detail message.
     *
     * @param   s   the detail message.
     */
    public InterruptedException(String s) {
        super(s);
    }
}

上面的注释是说，在线程处于“waiting, sleeping”甚至是正在运行的过程中，如果被中断了，就可以抛出该异常，我们先来回顾一下我们前面遇到过的抛出InterruptedException异常的例子:

(1) wait(long timeout)方法中的InterruptedException

/* 
 *
 * @param      timeout   the maximum time to wait in milliseconds.
 * @throws  IllegalArgumentException      if the value of timeout is
 *               negative.
 * @throws  IllegalMonitorStateException  if the current thread is not
 *               the owner of the object"s monitor.
 * @throws  InterruptedException if any thread interrupted the
 *             current thread before or while the current thread
 *             was waiting for a notification.  The interrupted
 *             status of the current thread is cleared when
 *             this exception is thrown.
 * @see        java.lang.Object#notify()
 * @see        java.lang.Object#notifyAll()
 */
public final native void wait(long timeout) throws InterruptedException;

该方法的注释中提到，如果在有别的线程在当前线程进入waiting状态之前或者已经进入waiting状态之后中断了当前线程，该方法就会抛出InterruptedException，同时，异常抛出后，当前线程的中断状态也会被清除。

(2) sleep(long millis)方法中的InterruptedException

/* @param  millis
 *         the length of time to sleep in milliseconds
 *
 * @throws  IllegalArgumentException
 *          if the value of {@code millis} is negative
 *
 * @throws  InterruptedException
 *          if any thread has interrupted the current thread. The
 *          interrupted status of the current thread is
 *          cleared when this exception is thrown.
 */
public static native void sleep(long millis) throws InterruptedException;

与上面的wait方法一致，如果当前线程被中断了，sleep方法会抛出InterruptedException，并且清除中断状态。

如果有其他方法直接或间接的调用了这两个方法，那他们自然也会在线程被中断的时候抛出InterruptedException，并且清除中断状态。例如:

wait()

wait(long timeout, int nanos)

sleep(long millis, int nanos)

join()

join(long millis)

join(long millis, int nanos)

这里值得注意的是，虽然这些方法会抛出InterruptedException，但是并不会终止当前线程的执行，当前线程可以选择忽略这个异常。

也就是说，无论是设置interrupt status 还是抛出InterruptedException，它们都是给当前线程的建议，当前线程可以选择采纳或者不采纳，它们并不会影响当前线程的执行。

至于在收到这些中断的建议后，当前线程要怎么处理，也完全取决于当前线程。

上面我们说了怎么检查(以及清除)一个线程的中断状态，提到当一个线程被中断后，有一些方法会抛出InterruptedException。

下面我们就来看看怎么中断一个线程。

要中断一个线程，只需调用该线程的interrupt方法，其源码如下:

/**
 * Interrupts this thread.
 *
 * 
 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.
 *
 * 
 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}.
 *
 * 
 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}.
 *
 * 
 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.
 *
 * 
 If none of the previous conditions hold then this thread"s interrupt
 * status will be set. 
 *
 * 
 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();
}

上面的注释很长，我们一段一段来看:

/**
 * Interrupts this thread.
 *
 * 
 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.
 ...
 */

上面这段首先说明了这个函数的目的是中断这个线程，这个this thread，当然指的就是该方法所属的线程对象所代表的线程。

接着说明了，一个线程总是被允许中断自己，但是我们如果想要在一个线程中中断另一个线程的执行，就需要先通过checkAccess()检查权限。这有可能抛出SecurityException异常, 这段话用代码体现为:

if (this != Thread.currentThread())
    checkAccess();

我们接着往下看:

/*
 ...
 * 
 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}.
 ...
 */

上面这段是说，如果线程因为以下方法的调用而处于阻塞中，那么(调用了interrupt方法之后)，线程的中断标志会被清除，并且收到一个InterruptedException:

Object的方法

wait()

wait(long)

wait(long, int)

Thread的方法

join()

join(long)

join(long, int)

sleep(long)

sleep(long, int)

关于这一点，我们上面在分析InterruptedException的时候已经分析过了。

这里插一句，由于上面这些方法在抛出InterruptedException异常后，会同时清除中断标识位，因此当我们此时不想或者无法传递InterruptedException异常，也不对该异常做任何处理时，我们最好通过再次调用interrupt来恢复中断的状态，以供上层调用者处理，这一点，我们在逐行分析AQS源码(二): 锁的释放的最后就说明过这种用法。

接下来的两段注释是关于NIO的，我们暂时不看，直接看最后两段:

/*
 ...
 * 
 If none of the previous conditions hold then this thread"s interrupt
 * status will be set. 
 *
 * 
 Interrupting a thread that is not alive need not have any effect.
 */

这段话是说:

如果线程没有因为上面的函数调用而进入阻塞状态的话，那么中断这个线程仅仅会设置它的中断标志位(而不会抛出InterruptedException)

中断一个已经终止的线程不会有任何影响。

注释看完了之后我们再来看代码部分，其实代码部分很简单，中间那段同步代码块是和NIO有关的，我们可以暂时不管，整个方法的核心调用就是interrupt0()方法，而它是一个native方法:

private native void interrupt0();

这个方法所做的事情很简单:

Just to set the interrupt flag

所以，至此我们明白了，所谓“中断一个线程”，其实并不是让一个线程停止运行，仅仅是将线程的中断标志设为true, 或者在某些特定情况下抛出一个InterruptedException，它并不会直接将一个线程停掉，在被中断的线程的角度看来，仅仅是自己的中断标志位被设为true了，或者自己所执行的代码中抛出了一个InterruptedException异常，仅此而已。

既然上面我们提到了，中断一个线程并不会使得该线程停止执行，那么我们该怎样终止一个线程的执行呢。早期的java中提供了stop()方法来停止一个线程，但是这个方法是不安全的，所以已经被废弃了。现在终止一个线程，基本上只能靠“曲线救国”式的中断来实现。

前面我们说过，当一个线程因为调用wait,sleep,join方法而进入阻塞状态后，若在这时中断这个线程，则这些方法将会抛出InterruptedException异常，我们可以利用这个异常，使线程跳出阻塞状态，从而终止线程。

@Override
public void run() {
    while(true) {
        try {
            // do some task
            // blocked by calling wait/sleep/join
        } catch (InterruptedException ie) {  
            // 如果该线程被中断，则会抛出InterruptedException异常
            // 我们通过捕获这个异常，使得线程从block状态退出
            break; // 这里使用break, 可以使我们在线程中断后退出死循环，从而终止线程。
        }
    }
}

与中断一个处于阻塞状态所不同的是，中断一个处于运行状态的线程只会将该线程的中断标志位设为true, 而并不会抛出InterruptedException异常，为了能在运行过程中感知到线程已经被中断了，我们只能通过不断地检查中断标志位来实现:

@Override
public void run() {
    while (!isInterrupted()) {
        // do some task...
    }
}

这里，我们每次循环都会先检查中断标志位，只要当前线程被中断了，isInterrupted()方法就会返回true，从而终止循环。

上面我们分别介绍了怎样终止一个处于阻塞状态或运行状态的线程，如果我们将这两种方法结合起来，那么就可以同时应对这两种状况，从而能够终止任意一个存活的线程:

@Override
public void run() {
    try {
        // 1. isInterrupted() 用于终止一个正在运行的线程。
        while (!isInterrupted()) {
            // 执行任务...
        }
    } catch (InterruptedException ie) {  
        // 2. InterruptedException异常用于终止一个处于阻塞状态的线程
    }
}

不过使用这两者的组合一定要注意，wait,sleep,join等方法抛出InterruptedException有一个副作用: 清除当前的中断标志位，所以不要在异常抛出后不做任何处理，而寄望于用isInterrupted()方法来判断，因为中标志位已经被重置了，所以下面这种写法是不对的:

@Override
public void run() {
    //isInterrupted() 用于终止一个正在运行的线程。
    while (!isInterrupted()) {
        try {
                // 执行任务...
            }
        } catch (InterruptedException ie) {  
            // 在这里不做任何处理，仅仅依靠isInterrupted检测异常
        }
    }
}

这个方法中，在catch块中我们检测到异常后没有使用break方法跳出循环，而此时中断状态已经被重置，当我们再去调用isInterrupted，依旧会返回false, 故线程仍然会在while循环中执行，无法被中断。

Java没有提供一种安全直接的方法来停止某个线程，但是提供了中断机制。对于被中断的线程，中断只是一个建议，至于收到这个建议后线程要采取什么措施，完全由线程自己决定。

中断机制的核心在于中断状态和InterruptedException异常

中断状态:

设置一个中断状态: Thread#interrupt

清除一个中断状态: Thread.interrupted

Thread.interrupted方法同时会返回线程原来的中断的状态。
如果仅仅想查看线程当前的中断状态而不清除原来的状态，则应该使用Thread#isInterrupted。

某些阻塞方法在抛出InterruptedException异常后，会同时清除中断状态。若不能对该异常做出处理也无法向上层抛出，则应该通过再次调用interrupt方法恢复中断状态，以供上层处理，通常情况下我们都不应该屏蔽中断请求。

中断异常:

中断异常一般是线程被中断后，在一些block类型的方法(如wait,sleep,join)中抛出。

我们可以使用Thread#interrupt中断一个线程，被中断的线程所受的影响为以下两种之一:

若被中断前，该线程处于非阻塞状态，那么该线程的中断状态被设为true, 除此之外，不会发生任何事。

若被中断前，该线程处于阻塞状态(调用了wait,sleep,join等方法)，那么该线程将会立即从阻塞状态中退出，并抛出一个InterruptedException异常，同时，该线程的中断状态被设为false, 除此之外，不会发生任何事。

无论是中断状态的改变还是InterruptedException被抛出，这些都是当前线程可以感知到的"建议"，如果当前线程选择忽略这些建议(例如简单地catch住异常继续执行)，那么中断机制对于当前线程就没有任何影响，就好像什么也没有发生一样。

所以，中断一个线程，只是传递了请求中断的消息，并不会直接阻止一个线程的运行。

（完）

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