Java并發(fā)編程：如何正確停止線程
1. 什么時(shí)候需要停止線程？
通常情況下，線程在創(chuàng)建并啟動(dòng)后，會(huì)自然運(yùn)行到結(jié)束。但在某些情況下，我們可能需要在運(yùn)行過程中停止線程，比如：
- 用戶主動(dòng)取消執(zhí)行；
- 線程在運(yùn)行時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤或超時(shí)，需要停止；
- 服務(wù)需要立即關(guān)閉。
這些情況都需要我們主動(dòng)停止線程。然而，安全且可靠地停止線程并不容易。Java 語言并沒有提供一種機(jī)制來確保線程能夠立即且正確地停止，但它提供了interrupt方法，這是一種協(xié)作機(jī)制。
2. 如何正確停止線程？
你可以使用interrupt方法來通知線程應(yīng)該中斷執(zhí)行，而被中斷的線程擁有決定權(quán)，即它不僅可以決定何時(shí)響應(yīng)中斷并停止，還可以選擇忽略中斷。
換句話說，如果被停止的線程不想被中斷，那么我們除了讓它繼續(xù)運(yùn)行或強(qiáng)制關(guān)閉進(jìn)程外，別無他法。
3. 為什么不強(qiáng)制停止？而是通知、協(xié)作
事實(shí)上，大多數(shù)時(shí)候我們想要停止線程時(shí)，至少會(huì)讓它運(yùn)行到結(jié)束。比如，即使我們在關(guān)閉電腦時(shí)，也會(huì)進(jìn)行很多收尾工作，結(jié)束一些進(jìn)程并保存一些狀態(tài)。
線程也是如此。我們想要中斷的線程可能并不是由我們啟動(dòng)的，我們對其執(zhí)行的業(yè)務(wù)邏輯并不熟悉。如果我們希望它停止，實(shí)際上是希望它在停止前完成一系列的保存和交接工作，而不是立即停止。
舉個(gè)生活中的例子：
某天下午你得知公司要裁員，覺得自己很可能在名單內(nèi)，便開始找新工作。幾周后，成功拿到另一家公司 offer。你準(zhǔn)備搬到新公司附近，可家里東西多，只能分批處理。搬到一半時(shí)，發(fā)現(xiàn)公司裁員結(jié)束，自己不在名單中。
你十分高興，因?yàn)橄矚g這家公司，決定留下。但一半物品已搬到新家，還得搬回來。
試想，若此時(shí)你決定立刻停止搬家、什么都不做，已搬走的物品就會(huì)丟失，這無疑是場災(zāi)難！
生活中還有很多類似的例子，比如從電腦剪切文件到 U 盤。如果剪切到一半時(shí)停止，需要恢復(fù)到原來的狀態(tài)，不能一半文件在 U 盤，一半在電腦上。
4. 代碼實(shí)踐
4.1. 錯(cuò)誤的線程停止方式
使用stop()方法終止線程執(zhí)行會(huì)導(dǎo)致線程立即停止，這可能會(huì)引發(fā)意外問題。
public class StopThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("Start moving...");
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
// 模擬搬家所需時(shí)間
int j = 50000;
while (j > 0) {
j--;
}
System.out.println(i + " batches have been moved");
}
System.out.println("End of moving");
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(new StopThread());
thread.start();
// 稍后嘗試停止
Thread.sleep(2);
thread.stop();
}
}輸出結(jié)果（結(jié)果可能因計(jì)算機(jī)性能不同而有所差異，你可以調(diào)整時(shí)間以獲得相同的輸出）：
Start moving...
1 batches have been moved
2 batches have been moved
3 batches have been moved可以看到，stop強(qiáng)制線程結(jié)束，導(dǎo)致只搬了三批物品，結(jié)束后也沒有搬回來！
出于安全考慮，stop方法已被官方棄用。你可以在源碼中看到它被標(biāo)記為過時(shí)。
@Deprecated
public final void stop() {
SecurityManager security = System.getSecurityManager();
if (security != null) {
checkAccess();
if (this != Thread.currentThread()) {
security.checkPermission(SecurityConstants.STOP_THREAD_PERMISSION);
}
}
}4.2. 直接使用interrupt方法，線程并未停止
在主線程中使用interrupt方法中斷目標(biāo)線程，但目標(biāo)線程并未感知到中斷標(biāo)志，即它不打算處理中斷信號。
public class InterruptThreadWithoutFlag implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("Start moving...");
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
// 模擬搬家所需時(shí)間
int j = 50000;
while (j > 0) {
j--;
}
System.out.println(i + " batches have been moved");
}
System.out.println("End of moving");
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(new StopThread());
thread.start();
// 稍后
Thread.sleep(2);
thread.interrupt();
}
}輸出：
Start moving...
1 batches have been moved
2 batches have been moved
3 batches have been moved
4 batches have been moved
5 batches have been moved
End of moving你會(huì)發(fā)現(xiàn)沒有任何效果。我們使用interrupt中斷了這個(gè)線程，但它似乎完全忽略了我們的中斷信號。就像前面提到的，線程是否停止取決于它自己，因此我們需要修改線程的邏輯，使其能夠響應(yīng)中斷，從而停止線程。
4.3. 使用interrupt時(shí)，線程識別中斷標(biāo)志
當(dāng)指定線程被中斷時(shí)，在線程內(nèi)部調(diào)用Thread.currentThread().isInterrupted()會(huì)返回true，可以根據(jù)此進(jìn)行中斷后的處理邏輯。
public class InterruptThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("Start moving...");
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
// 做一些收尾工作
break;
}
// 模擬搬家所需時(shí)間
int j = 50000;
while (j > 0) {
j--;
}
System.out.println(i + " batches have been moved");
}
System.out.println("End of moving");
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(new InterruptThread());
thread.start();
Thread.sleep(2);
thread.interrupt();
}
}輸出（結(jié)果可能不一致）：
Start moving...
1 batches have been moved
End of moving從輸出結(jié)果來看，它與使用stop方法的結(jié)果類似，顯然線程在執(zhí)行完之前被停止了，interrupt()方法的中斷是有效的，這是一種標(biāo)準(zhǔn)的處理方式。
4.4. 中斷某個(gè)線程時(shí)，線程正在睡眠
如果線程處理中使用了sleep方法，在sleep期間的中斷也可以響應(yīng)，而無需檢查中斷標(biāo)志。
例如，使用Thread.sleep(1)模擬每次搬家所需的時(shí)間。在主線程中，等待 3ms 后中斷，因此預(yù)計(jì)在搬完 2 到 3 批物品后會(huì)被中斷。代碼如下：
public class InterruptWithSleep implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("Start moving...");
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
// 模擬搬家所需時(shí)間
try {
Thread.sleep(1);
System.out.println(i + " batches have been moved");
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(e.getMessage());
break;
}
}
System.out.println("End of moving");
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(new InterruptWithSleep());
thread.start();
// 稍后
Thread.sleep(3);
thread.interrupt();
}
}輸出：
Start moving...
1 batches have been moved
2 batches have been moved
sleep interrupted
End of moving發(fā)現(xiàn)了嗎？額外輸出了sleep interrupted。這是因?yàn)榘l(fā)生了中斷異常，我們在catch到InterruptedException后輸出了e.getMessage()。
為什么會(huì)拋出異常？
這是因?yàn)楫?dāng)線程處于sleep狀態(tài)時(shí)，如果接收到中斷信號，線程會(huì)響應(yīng)這個(gè)中斷，而響應(yīng)中斷的方式非常特殊，就是拋出java.lang.InterruptedException: sleep interrupted異常。
因此，當(dāng)我們的程序中有sleep方法的邏輯，或者可以阻塞線程的方法（如wait、join等），并且可能會(huì)被中斷時(shí)，我們需要注意處理InterruptedException異常。我們可以將其放在catch中，這樣當(dāng)線程進(jìn)入阻塞過程時(shí)，仍然可以響應(yīng)中斷并進(jìn)行處理。
4.5. 當(dāng)sleep方法與isInterrupted結(jié)合使用時(shí)會(huì)發(fā)生什么？
你注意到在示例 3 的代碼中，我們在捕獲異常后使用了break來主動(dòng)結(jié)束循環(huán)嗎？那么，我們是否可以在catch中不使用break，而是在循環(huán)入口處判斷isInterrupted是否為true呢？
讓我們試試：
public class SleepWithIsInterrupted implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("Start moving...");
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
// 做一些收尾工作
break;
}
// 模擬搬家所需時(shí)間
try {
Thread.sleep(1);
System.out.println(i + " batches have been moved");
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
}
System.out.println("End of moving");
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(new SleepWithIsInterrupted());
thread.start();
// 稍后
Thread.sleep(3);
thread.interrupt();
}
}輸出（你可能需要調(diào)整主線程執(zhí)行Thread.sleep的時(shí)間以獲得相同的輸出）：
Start moving...
1 batches have been moved
2 batches have been moved
sleep interrupted
4 batches have been moved
5 batches have been moved
End of moving為什么在輸出sleep interrupted后，它繼續(xù)搬了第四和第五批物品？
原因是，一旦sleep()響應(yīng)了中斷，它會(huì)重置isInterrupted()方法中的標(biāo)志，因此在上面的代碼中，循環(huán)條件檢查時(shí)，Thread.currentThread().isInterrupted()的結(jié)果始終為false，導(dǎo)致程序無法退出。
一般來說，在實(shí)際的業(yè)務(wù)代碼中，主邏輯更為復(fù)雜，因此不建議在這里直接使用try-catch處理中斷異常，而是直接將異常向上拋出，由調(diào)用方處理。
可以將當(dāng)前邏輯封裝到一個(gè)單獨(dú)的方法中，并將中斷后的收尾處理也封裝到另一個(gè)方法中，如下所示：
public class SleepSplitCase implements Runnable {
@Override
public void run() {
try {
move();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(e.getMessage());
goBack();
}
}
private void move() throws InterruptedException {
System.out.println("Start moving...");
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
// 模擬搬家所需時(shí)間
Thread.sleep(1);
System.out.println(i + " batches have been moved");
}
System.out.println("End of moving");
}
private void goBack() {
// 做一些收尾工作
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(new SleepSplitCase());
thread.start();
// 稍后
Thread.sleep(3);
thread.interrupt();
}
}4.6. 重新中斷
有沒有辦法在catch之外處理goBack方法？
如前所述，當(dāng)中斷發(fā)生并拋出InterruptedException時(shí)，isInterrupted的結(jié)果會(huì)被重置為false。但是，支持再次調(diào)用interrupt，這會(huì)使isInterrupted的結(jié)果變?yōu)閠rue。
基于這個(gè)前提，我們可以在示例 5 的實(shí)現(xiàn)中將run方法改為以下形式：
@Override
public void run() {
try {
move();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(e.getMessage());
Thread.currentThread().interrupt();
}
if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
goBack();
}
}這樣可以避免在catch代碼塊中處理業(yè)務(wù)邏輯！
4.7 判斷中斷是否發(fā)生的方法
- boolean isInterrupted(): 判斷當(dāng)前線程是否被中斷；
- static boolean interrupted(): 判斷當(dāng)前線程是否被中斷，但在調(diào)用后會(huì)將中斷標(biāo)志直接設(shè)置為false，即清除中斷標(biāo)志。
注意，interrupted()方法的目標(biāo)是當(dāng)前線程，無論該方法是從哪個(gè)實(shí)例對象調(diào)用的，從源碼中可以很容易看出：
public class CheckInterrupt {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread subThread = new Thread(() -> {
// 無限循環(huán)
for (; ; ) {
}
});
subThread.start();
subThread.interrupt();
// 獲取中斷標(biāo)志
System.out.println("isInterrupted: " + subThread.isInterrupted());
// 獲取中斷標(biāo)志并重置
// （盡管 interrupted() 是由 subThread 線程調(diào)用的，但實(shí)際執(zhí)行的是當(dāng)前線程。）
System.out.println("isInterrupted: " + subThread.interrupted());
// 中斷當(dāng)前線程
Thread.currentThread().interrupt();
System.out.println("isInterrupted: " + subThread.interrupted());
// Thread.interrupted() 與 subThread.interrupted() 效果相同
System.out.println("isInterrupted: " + Thread.interrupted());
}
}輸出：
isInterrupted: true
isInterrupted: false
isInterrupted: true
isInterrupted: falseinterrupted()會(huì)重置中斷標(biāo)志，因此最后的輸出結(jié)果變?yōu)閒alse。
5. JDK 內(nèi)置的可以響應(yīng)中斷的方法
主要有以下方法可以響應(yīng)中斷并拋出InterruptedException：
- Object.wait()/wait(long)/wait(long, int)
- Thread.sleep(long)/sleep(long, int)
- Thread.join()/join(long)/join(long, int)
- java.util.concurrent.BlockingQueue.take()/put(E)
- java.util.concurrent.locks.Lock.lockInterruptibly()
- java.util.concurrent.CountDownLatch.await
- java.util.concurrent.CyclicBarrier.await
- java.util.concurrent.Exchanger.exchange(V)
- java.nio.channels.InterruptibleChannel的相關(guān)方法
- java.nio.channels.Selector的相關(guān)方法
