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Java并发编程：如何正确停止线程

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1. 什么时候需要停止线程？

通常情况下，线程在创建并启动后，会自然运行到结束。但在某些情况下，我们可能需要在运行过程中停止线程，比如：

  • 用户主动取消执行；
  • 线程在运行时发生错误或超时，需要停止；
  • 服务需要立即关闭。

这些情况都需要我们主动停止线程。然而，安全且可靠地停止线程并不容易。Java 语言并没有提供一种机制来确保线程能够立即且正确地停止，但它提供了interrupt方法，这是一种协作机制。

2. 如何正确停止线程？

你可以使用interrupt方法来通知线程应该中断执行，而被中断的线程拥有决定权，即它不仅可以决定何时响应中断并停止，还可以选择忽略中断。

换句话说，如果被停止的线程不想被中断，那么我们除了让它继续运行或强制关闭进程外，别无他法。

3. 为什么不强制停止？而是通知、协作

事实上，大多数时候我们想要停止线程时，至少会让它运行到结束。比如，即使我们在关闭电脑时，也会进行很多收尾工作，结束一些进程并保存一些状态。

线程也是如此。我们想要中断的线程可能并不是由我们启动的，我们对其执行的业务逻辑并不熟悉。如果我们希望它停止，实际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。

举个生活中的例子：

某天下午你得知公司要裁员，觉得自己很可能在名单内，便开始找新工作。几周后，成功拿到另一家公司 offer。你准备搬到新公司附近，可家里东西多，只能分批处理。搬到一半时，发现公司裁员结束，自己不在名单中。

你十分高兴，因为喜欢这家公司，决定留下。但一半物品已搬到新家，还得搬回来。

试想，若此时你决定立刻停止搬家、什么都不做，已搬走的物品就会丢失，这无疑是场灾难！

生活中还有很多类似的例子，比如从电脑剪切文件到 U 盘。如果剪切到一半时停止，需要恢复到原来的状态，不能一半文件在 U 盘，一半在电脑上。

4. 代码实践

4.1. 错误的线程停止方式

使用stop()方法终止线程执行会导致线程立即停止，这可能会引发意外问题。

public class StopThread implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Start moving...");
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            // 模拟搬家所需时间
            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();
        // 稍后尝试停止
        Thread.sleep(2);
        thread.stop();
    }
}

输出结果（结果可能因计算机性能不同而有所差异，你可以调整时间以获得相同的输出）：

Start moving...
1 batches have been moved
2 batches have been moved
3 batches have been moved

可以看到，stop强制线程结束，导致只搬了三批物品，结束后也没有搬回来！

出于安全考虑，stop方法已被官方弃用。你可以在源码中看到它被标记为过时。

@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，线程并未停止

在主线程中使用interrupt方法中断目标线程，但目标线程并未感知到中断标志，即它不打算处理中断信号。

public class InterruptThreadWithoutFlag implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Start moving...");
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            // 模拟搬家所需时间
            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();
    }
}

输出：

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

你会发现没有任何效果。我们使用interrupt中断了这个线程，但它似乎完全忽略了我们的中断信号。就像前面提到的，线程是否停止取决于它自己，因此我们需要修改线程的逻辑，使其能够响应中断，从而停止线程。

4.3. 使用interrupt时，线程识别中断标志

当指定线程被中断时，在线程内部调用Thread.currentThread().isInterrupted()会返回true，可以根据此进行中断后的处理逻辑。

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;
            }
            // 模拟搬家所需时间
            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();
    }
}

输出（结果可能不一致）：

Start moving...
1 batches have been moved
End of moving

从输出结果来看，它与使用stop方法的结果类似，显然线程在执行完之前被停止了，interrupt()方法的中断是有效的，这是一种标准的处理方式。

4.4. 中断某个线程时，线程正在睡眠

如果线程处理中使用了sleep方法，在sleep期间的中断也可以响应，而无需检查中断标志。

例如，使用Thread.sleep(1)模拟每次搬家所需的时间。在主线程中，等待 3ms 后中断，因此预计在搬完 2 到 3 批物品后会被中断。代码如下：

public class InterruptWithSleep implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Start moving...");
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            // 模拟搬家所需时间
            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();
    }
}

输出：

Start moving...
1 batches have been moved
2 batches have been moved
sleep interrupted
End of moving

发现了吗？额外输出了sleep interrupted。这是因为发生了中断异常，我们在catch到InterruptedException后输出了e.getMessage()。

为什么会抛出异常？

这是因为当线程处于sleep状态时，如果接收到中断信号，线程会响应这个中断，而响应中断的方式非常特殊，就是抛出java.lang.InterruptedException: sleep interrupted异常。

因此，当我们的程序中有sleep方法的逻辑，或者可以阻塞线程的方法（如wait、join等），并且可能会被中断时，我们需要注意处理InterruptedException异常。我们可以将其放在catch中，这样当线程进入阻塞过程时，仍然可以响应中断并进行处理。

4.5. 当sleep方法与isInterrupted结合使用时会发生什么？

你注意到在示例 3 的代码中，我们在捕获异常后使用了break来主动结束循环吗？那么，我们是否可以在catch中不使用break，而是在循环入口处判断isInterrupted是否为true呢？

让我们试试：

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;
            }
            // 模拟搬家所需时间
            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();
    }
}

输出（你可能需要调整主线程执行Thread.sleep的时间以获得相同的输出）：

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

为什么在输出sleep interrupted后，它继续搬了第四和第五批物品？

原因是，一旦sleep()响应了中断，它会重置isInterrupted()方法中的标志，因此在上面的代码中，循环条件检查时，Thread.currentThread().isInterrupted()的结果始终为false，导致程序无法退出。

一般来说，在实际的业务代码中，主逻辑更为复杂，因此不建议在这里直接使用try-catch处理中断异常，而是直接将异常向上抛出，由调用方处理。

可以将当前逻辑封装到一个单独的方法中，并将中断后的收尾处理也封装到另一个方法中，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++) {
            // 模拟搬家所需时间
            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. 重新中断

有没有办法在catch之外处理goBack方法？

如前所述，当中断发生并抛出InterruptedException时，isInterrupted的结果会被重置为false。但是，支持再次调用interrupt，这会使isInterrupted的结果变为true。

基于这个前提，我们可以在示例 5 的实现中将run方法改为以下形式：

@Override
public void run() {
    try {
        move();
    } catch (InterruptedException e) {
        System.out.println(e.getMessage());
        Thread.currentThread().interrupt();
    }
    if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
        goBack();
    }
}

这样可以避免在catch代码块中处理业务逻辑！

4.7 判断中断是否发生的方法

  • boolean isInterrupted(): 判断当前线程是否被中断；
  • static boolean interrupted(): 判断当前线程是否被中断，但在调用后会将中断标志直接设置为false，即清除中断标志。

注意，interrupted()方法的目标是当前线程，无论该方法是从哪个实例对象调用的，从源码中可以很容易看出：

public class CheckInterrupt {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread subThread = new Thread(() -> {
            // 无限循环
            for (; ; ) {
            }
        });

        subThread.start();
        subThread.interrupt();
        // 获取中断标志
        System.out.println("isInterrupted: " + subThread.isInterrupted());
        // 获取中断标志并重置
        // （尽管 interrupted() 是由 subThread 线程调用的，但实际执行的是当前线程。）
        System.out.println("isInterrupted: " + subThread.interrupted());

        // 中断当前线程
        Thread.currentThread().interrupt();
        System.out.println("isInterrupted: " + subThread.interrupted());
        // Thread.interrupted() 与 subThread.interrupted() 效果相同
        System.out.println("isInterrupted: " + Thread.interrupted());
    }
}

输出：

isInterrupted: true
isInterrupted: false
isInterrupted: true
isInterrupted: false

interrupted()会重置中断标志，因此最后的输出结果变为false。

5. JDK 内置的可以响应中断的方法

主要有以下方法可以响应中断并抛出InterruptedException：

  1. Object.wait()/wait(long)/wait(long, int)
  2. Thread.sleep(long)/sleep(long, int)
  3. Thread.join()/join(long)/join(long, int)
  4. java.util.concurrent.BlockingQueue.take()/put(E)
  5. java.util.concurrent.locks.Lock.lockInterruptibly()
  6. java.util.concurrent.CountDownLatch.await
  7. java.util.concurrent.CyclicBarrier.await
  8. java.util.concurrent.Exchanger.exchange(V)
  9. java.nio.channels.InterruptibleChannel的相关方法
  10. java.nio.channels.Selector的相关方法

好了，这次的内容就到这里，下次再见！


原文始发于微信公众号（程序猿技术充电站）：Java并发编程：如何正确停止线程

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文章由极客之音整理，本文链接：https://www.bmabk.com/index.php/post/310469.html

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