并发和多线程(二)--启动和中断线程(Interrupt)的正确姿势

启动线程：

　　从一个最基本的面试题开始，启动线程到底是start()还是run()？

Runnable runnable = () -> System.out.println(Thread.currentThread().getName());
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.run();
thread.start();

结果：
main
Thread-0

　　我们可以看到thread.run()是通过main线程执行的，而start()启动的才是一个新线程。run()只是在线程启动的时候进行回调而已，如果没有start()，run()也只是一个普通方法。

　　start()方法不一定直接启动新线程，而是请求jvm在空闲的时候去启动，由线程调度器决定。

思考题：如果重复执行start()方法会怎样？

Runnable runnable = () -> System.out.println(Thread.currentThread().getName());
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();
thread.start();

结果：
Exception in thread "main" Thread-0
java.lang.IllegalThreadStateException
at java.lang.Thread.start(Thread.java:705)
at com.diamondshine.Thread.ThreadClass.main(ThreadClass.java:33)

重复执行start()会出现异常，可以从start()的源码得到，因为启动线程的时候，会检测当前线程状态

public synchronized void start() {
    
    if (threadStatus != 0)    //判断线程启动时的状态是否为new，如果不是，直接抛出异常
        throw new IllegalThreadStateException();

    group.add(this);

    boolean started = false;
    try {
        start0();
        started = true;
    } finally {
        try {
            if (!started) {
                group.threadStartFailed(this);
            }
        } catch (Throwable ignore) {

        }
    }
}

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PS：关于run()对应Thread和Runnable的区别，请参考上一篇博客并发和多线程(一)--创建线程的方式

线程停止

　　相比线程启动，线程停止要复杂很多，有些方式虽然可以正常使用，但是可能存在某些风险，也是我们需要深入学习的地方。

1、stop、suspend、resume

　　这三种方式一般来说不会对我们有影响，因为是已废弃的方法，官方不推荐使用

stop()：

　　废弃的原因，可以查看：https://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/concurrency/threadPrimitiveDeprecation.html。

PS：stop执行之后，会释放monitor的锁，而不是像某些并发书里面写的不释放锁，参考上面的文档。

suspend和resume：

　　是配套使用的，suspend本身不释放锁进行休眠，等待resume唤醒，这样很容易满足死锁的条件，所以官方不推荐使用。

2、Interrupt()

　　我们中断一个线程通常使用Interrupt()，官方废弃stop()，推荐的也是通过Interrupt()实现线程中断。Interrupt()的特点是通知中断线程，而这个线程是否中断选择权在于其本身，这是官方开发人员设计思想：需要被停止的线程可能不是你写的，对其了解可能不够，所以讲是否中断的选择权交于其本身，Interrupt()只是改变中断位的状态。

　　中断线程的代码书写，取决于线程运行的方式，所以我们可以分类进行分析处理。

2.1).一般情况

　　一般情况是指，没有调用sleep()、wait()等阻塞状态下的中断。

public static void main(String[] args){
    Runnable runnable = () -> {
        int num = 0;
        while (num <= Integer.MAX_VALUE / 10) {
            if (num % 1000 == 0) {
                log.info("{}为1000的倍数", num);
            }
            num++;
        }
    };
    Thread thread = new Thread(runnable);
    thread.start();
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    thread.interrupt();
}

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结果：最后一行
[Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 214748000为1000的倍数

　　从结果上看，interrupt()并没有让线程停止，因为Integer的最大值2147483647

正确的代码应该是：

public static void main(String[] args){
    Runnable runnable = () -> {
        int num = 0;
        while (!Thread.currentThread().isInterrupted() && num <= Integer.MAX_VALUE / 10) {
            if (num % 1000 == 0) {
                log.info("{}为1000的倍数", num);
            }
            num++;
        }
    };
    Thread thread = new Thread(runnable);
    thread.start();
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    thread.interrupt();
}

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结果：最后一行
[Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 96540000为1000的倍数

　　通过结果知道，成功中断了线程。通过isInterrupted()的判断让线程提前中断了，所以interrupt()的作用只是将Interrupted标志位置为true。

2.2).线程处于阻塞状态

public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
    Runnable runnable = () -> {
        int num = 0;
        try {
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted() && num <= 100) {
                if (num % 100 == 0) {
                    log.info("{}为100的倍数", num);
                }
                num++;
            }
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    };
    Thread thread = new Thread(runnable);
    thread.start();
    Thread.sleep(5000);
    thread.interrupt();
}

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结果：
16:24:44.403 [Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 942000为1000的倍数
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at com.diamondshine.Thread.ThreadClass.lambda$main$0(ThreadClass.java:28)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

　　主线程sleep休眠5000ms，然后执行interrupt()，而Thread-0只是执行代码时间很短，然后进入sleep，最后出现异常，程序停止运行。所以处于sleep阻塞状态下，可以自动通过抛出异常来相应interrupt()，然后try catch进行捕获异常。

2.3).线程每次迭代都进行阻塞

public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
    Runnable runnable = () -> {
        int num = 0;
        try {
            while (num <= Integer.MAX_VALUE) {
                if (num % 100 == 0) {
                    log.info("{}为100的倍数", num);
                }
                num++;
                Thread.sleep(1);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    };
    Thread thread = new Thread(runnable);
    thread.start();
    Thread.sleep(500);
    thread.interrupt();
}

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结果：
20:26:15.870 [Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 0为100的倍数
20:26:16.060 [Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 100为100的倍数
20:26:16.254 [Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 200为100的倍数
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at com.diamondshine.Thread.ThreadClass.lambda$main$0(ThreadClass.java:24)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

　　从上面代码可以看到，在每次迭代都阻塞的场景下，即使没有使用isInterrupted()判断，通过sleep对interrupt()方法做出响应，也可以实现线程中断。

sleep自动清除中断信号

public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
    Runnable runnable = () -> {
        int num = 0;
            while (num <= Integer.MAX_VALUE) {
                if (num % 100 == 0) {
                    log.info("{}为100的倍数", num);
                }
                num++;
            try {
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            }
    };
    Thread thread = new Thread(runnable);
    thread.start();
    Thread.sleep(500);
    thread.interrupt();
}

View Code

结果：
20:34:40.499 [Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 100为100的倍数
20:34:40.701 [Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 200为100的倍数
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at com.diamondshine.Thread.ThreadClass.lambda$main$0(ThreadClass.java:24)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
20:34:40.897 [Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 300为100的倍数
20:34:41.091 [Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 400为100的倍数
20:34:41.283 [Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 500为100的倍数

　　我们改变了try catch的位置，发现sleep响应interrupt抛出异常之后，程序继续执行。这是因为抛出的异常被catch住了，但是while循环还是继续的。这种情况下怎么解决呢？尝试在while循环加上对interrupt标志位判断。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
    Runnable runnable = () -> {
        int num = 0;
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted() && num <= Integer.MAX_VALUE) {
                if (num % 100 == 0) {
                    log.info("{}为100的倍数", num);
                }
                num++;
            try {
                Thread.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            }
    };
    Thread thread = new Thread(runnable);
    thread.start();
    Thread.sleep(500);
    thread.interrupt();
}

View Code

　　结果和上面一样，sleep响应interrupt，但是程序还是继续执行，原因就是因为当线程在sleep过程中相应中断，会自动清除中断标志位，所以这是一种错误的写法。

线程中断的最佳实践

　　在项目开发中，一般不会像上面直接在Runnable中通过lamdba写逻辑，因为逻辑没有这么简单，可能会在run()中调用方法，这时候就需要注意代码的书写，一般有两种方式。

1、传递中断信息

错误的方式：

private static void doSomething() {
    try {
        //do something
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
    Runnable runnable = () -> {
            while (true) {
                //do something
                System.out.println("continue");
                doSomething();
            }
    };
    Thread thread = new Thread(runnable);
    thread.start();
    Thread.sleep(500);
    thread.interrupt();
}

View Code

结果：
continue
continue
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
    at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
    at com.diamondshine.Thread.ThreadClass.doSomething(ThreadClass.java:18)
    at com.diamondshine.Thread.ThreadClass.lambda$main$0(ThreadClass.java:28)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
continue
continue

　　这种方式，在方法内部吃掉异常，导致外层调用这个方法，无法终止线程。

正确写法：throws向上抛出异常，将interrupt传递出去。

正确做法：
private static void doSomething() throws InterruptedException{
    //do something
    Thread.sleep(1000);
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
    Runnable runnable = () -> {
        try {
            while (true) {
                //do something
                System.out.println("continue");
                doSomething();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    };
    Thread thread = new Thread(runnable);
    thread.start();
    Thread.sleep(500);
    thread.interrupt();
}

View Code

2、恢复中断

如果不想传递中断，就只能采用这种方式，代码如下。

private static void doSomething(){
    try {
        //do something
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
    //在sleep响应中断时候，重新恢复中断信息
        Thread.currentThread().interrupt();
        e.printStackTrace();
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
    Runnable runnable = () -> {
        int num = 0;
        while (num <= 10000) {
            if (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                //do something
                System.out.println("continue");
                break;
            }
            doSomething();
            num++;
        }
    };
    Thread thread = new Thread(runnable);
    thread.start();
    Thread.sleep(500);
    thread.interrupt();
}

View Code

在catch代码块中重新恢复中断信息，然后通过 isInterrupted()判断状态，然后break跳出循环。

我们前面演示了sleep响应中断，除了sleep()，还有很多方法可以做到：

wait()、join()、BlockingQueue.take()/put()、Lock.lockInterruptibly()、CountdownLatch、CyclicBarrier、Exchange、nio。

使用Interrupt的好处：

1、使用interrupt中断线程不是强制性的，相对比较安全。

2、想停止线程，要请求方、被停止方、子方法被调用方相互配合才行。

2.1).请求方：

　　发出中断信号。

2.2).被停止方：

　　在合适的时候检查中断信号，并且可能抛出InterrupedException的地方处理该中断信号。

2.3).子方法被调用方：

　　优先在方法层面抛出InterrupedException，或者检查到中断信号时，再次设置中断状态。

3、volatile实现线程中断

@Slf4j
public class ThreadClass implements Runnable{

    //创建volatile修饰的变量
    private volatile boolean flag = false;

    @Override
    public void run() {
        int num = 0;
        try {
            while (!flag && num <= 10000) {    //通过volatile的可见性实现线程中断
                if (num % 100 == 0) {
                    log.info("{}为100的倍数", num);
                }
                Thread.sleep(1);
                num++;
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        ThreadClass threadClass = new ThreadClass();
        Thread thread = new Thread(threadClass);
        thread.start();
        Thread.sleep(500);
        threadClass.flag = true;
    }

}

View Code

结果：
13:47:14.660 [Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 0为100的倍数
13:47:14.858 [Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 100为100的倍数
13:47:15.027 [Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 200为100的倍数

　　从上面结果看，通过volatile的可见性同样实现了线程中断(关于可见性，可以查看JMM和线程安全三大特性相关内容)

volatile实现线程中断的限制

　　长时间阻塞的场景下，volatile是无法中断线程的，例如使用wait()或者阻塞队列。如果现在有个生产者消费者场景，生产者生产的很快，但是消费者消费速度不够，如果Consumer不需要更多的，请求Producer终止线程，这个场景应该是很有可能出现的。

@Slf4j
public class ThreadClass{

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        ThreadClass threadClass = new ThreadClass();
        ArrayBlockingQueue<Object> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);
        Producer producer = threadClass.new Producer(queue);
        Thread thread = new Thread(producer);
        thread.start();
        Thread.sleep(1000);

        Consumer consumer = threadClass.new Consumer(queue);
        while (consumer.needMoreNums()) {   //通过这个方法模拟需要进行Producer限流
            log.info("{}被消费了", consumer.blockingQueue.take());
            Thread.sleep(100);  //每次消费sleep 100ms，模拟Consumer消费慢的场景
        }
        System.out.println("消费者不需要更多数据了。");

        //一旦消费不需要更多数据了，我们应该让生产者也停下来，但是实际情况
        producer.flag=true;
        log.info("{}", producer.flag);
//        thread.interrupt();
    }

    class Producer implements Runnable{

        private volatile boolean flag = false;

        private ArrayBlockingQueue blockingQueue;

        public Producer(ArrayBlockingQueue blockingQueue) {
            this.blockingQueue = blockingQueue;
        }

        @Override
        public void run() {
            int num = 0;
            try {
                while (!flag && num <= 10000) {
                    if (num % 100 == 0) {
                        blockingQueue.put(num); //最终Thread-0会被阻塞在这里
                        log.info("{}被放入生产者队列", num);
                    }
                    num++;
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                log.info("生产者运行结束");
            }
        }
    }
    class Consumer{

        private ArrayBlockingQueue blockingQueue;

        public Consumer(ArrayBlockingQueue blockingQueue) {
            this.blockingQueue = blockingQueue;
        }

        //通过needMoreNums模拟消费者限流的情况
        public boolean needMoreNums() {
            if (Math.random() > 0.95) {
                return false;
            }
            return true;
        }
    }
}

生产者-消费者场景-volatile中断线程

结果：

　　从结果看，Consumer消费太慢，导致Producer阻塞在blockingQueue.put()，这时候无法通过while检测状态，但是interrupt就可以解决这个场景。

@Slf4j
public class ThreadClass{

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        ThreadClass threadClass = new ThreadClass();
        ArrayBlockingQueue<Object> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);
        Producer producer = threadClass.new Producer(queue);
        Thread thread = new Thread(producer);
        thread.start();
        Thread.sleep(1000);

        Consumer consumer = threadClass.new Consumer(queue);
        while (consumer.needMoreNums()) {   //通过这个方法模拟需要进行Producer限流
            log.info("{}被消费了", consumer.blockingQueue.take());
            Thread.sleep(100);  //每次消费sleep 100ms，模拟Consumer消费慢的场景
        }
        System.out.println("消费者不需要更多数据了。");

        //一旦消费不需要更多数据了，我们应该让生产者也停下来，但是实际情况
        thread.interrupt(); //通过interrupt中断线程
    }

    class Producer implements Runnable{

        private volatile boolean flag = false;

        private ArrayBlockingQueue blockingQueue;

        public Producer(ArrayBlockingQueue blockingQueue) {
            this.blockingQueue = blockingQueue;
        }

        @Override
        public void run() {
            int num = 0;
            try {
                while (!Thread.currentThread().isInterrupted() && num <= 10000) {
                    if (num % 100 == 0) {
                        blockingQueue.put(num); //最终Thread-0会被阻塞在这里
                        log.info("{}被放入生产者队列", num);
                    }
                    num++;
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                log.info("生产者运行结束");
            }
        }
    }
    class Consumer{

        private ArrayBlockingQueue blockingQueue;

        public Consumer(ArrayBlockingQueue blockingQueue) {
            this.blockingQueue = blockingQueue;
        }

        //通过needMoreNums模拟消费者限流的情况
        public boolean needMoreNums() {
            if (Math.random() > 0.95) {
                return false;
            }
            return true;
        }
    }
}

生产者-消费者-interrupt中断线程

结果：
14:56:11.562 [main] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 2100被消费了
14:56:11.562 [Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 3100被放入生产者队列
java.lang.InterruptedException
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.reportInterruptAfterWait(AbstractQueuedSynchronizer.java:2014)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.await(AbstractQueuedSynchronizer.java:2048)
    at java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue.put(ArrayBlockingQueue.java:353)
    at com.diamondshine.Thread.ThreadClass$Producer.run(ThreadClass.java:52)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
消费者不需要更多数据了。
14:56:11.663 [Thread-0] INFO com.diamondshine.Thread.ThreadClass - 生产者运行结束

　　jvm设计人员考虑到长时间阻塞的场景，通过interrupt照样可以解决，抛出异常，相应阻塞。这里Thread.currentThread().isInterrupted()替代flag，没有也是可以的，因为是通过抛出异常响应的中断。

总结：

　　如果我们遇到了线程长时间阻塞（很常见的情况），volatile就没办法及时唤醒它，或者永远都无法唤醒该线程，而interrupt设计之初就是把wait等长期阻塞作为一种特殊情况考虑在内了，我们应该用interrupt思维来停止线程。

　　interrupt对应的native方法，Thread.sleep() 、lockSupport.park()、 Synchronized同步块、Object.wait()等都可以做出中断相应。

判断中断状态：

interrupted()：

　　static方法，只关注哪个类执行interrupted()这行代码，而和*.interrupted()的这个*没有关系，返回Interrupt状态，但是会把状态位ClearInterrupted置为false，自动清除状态。

isInterruped()：

　　返回Interrupt状态。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
    Thread threadOne = new Thread(() -> {
        while (true) {
            
        }
    });

    // 启动线程
    threadOne.start();
    //设置中断标志
    threadOne.interrupt();
    //获取中断标志
    System.out.println("isInterrupted: " + threadOne.isInterrupted());
    //获取中断标志并重置
    System.out.println("isInterrupted: " + threadOne.interrupted());
    //获取中断标志并重置
    System.out.println("isInterrupted: " + Thread.interrupted());
    //获取中断标志
    System.out.println("isInterrupted: " + threadOne.isInterrupted());

    System.out.println("Main thread is over.");
}

View Code

isInterrupted: true
isInterrupted: false
isInterrupted: false
isInterrupted: true
Main thread is over.

结果

　　先思考一下，再看一下结果，和你想的是否一致，如果真的理解了这两个方法，这段代码运行结果应该很容易理解。

思考题：

如何处理不可中断阻塞？
A. 用interrupt方法来请求停止线程 
B. 不可中断的阻塞无法处理 
C. 根据不同的类调用不同的方法

答案：C

　　如果线程阻塞是由于调用了 wait()，sleep() 或 join() 方法，可以中断线程，通过抛出InterruptedException异常来唤醒该线程相应阻塞。对于不能响应InterruptedException的阻塞，并没有一个通用的解决方案。但是我们可以利用特定的其它的可以响应中断的方法，比如ReentrantLock.lockInterruptibly，比如关闭套接字使线程立即返回等方法来达到目的。因为有很多原因会造成线程阻塞，所以针对不同情况，唤起的方法也不同。

总结：

interrupt这部分内容比较多吧，如果感觉有帮助，需要多想想，下面是基本总结，如果看着这些能想到对应的内容，那说明掌握的不错。

启动线程start()和run()

多次执行start()的结果

停止线程

1、stop、suspend、resume 不推荐

2、interrupt()

多种情况下的中断，一般场景，阻塞状态下，每次遍历都阻塞

sleep、wait等阻塞状态下，对interrupt的响应，而且会直接清除中断信号

最佳实践

1、传递中断

2、恢复中断

3、volatile实现

一般场景可以实现

长时间阻塞，volatile无法实现中断，interrupt可以满足这个场景

判断线程中断的两个方法

interrupted()

isInterruped()