java并发基础（四）--- 取消与中断

　　《java并发编程实战》的第7章是任务的取消与关闭。我觉得这一章和第6章任务执行同样重要，一个在行为良好的软件和勉强运行的软件之间的最主要的区别就是，行为良好的软件能很完善的处理失败、关闭和取消等过程。

一、任务取消

　　在java中没有一种安全的抢占式（收到中断请求就立刻停止）的方式来停止线程，因此也没有安全的抢占式方法来停止任务。只有一些协作式的机制，比如设置请求已取消的标识。在下面的例子中，PrimeGenarator持续的列出素数，直到它被取消。cancel方法将设置cancelled标识，并且主循环在搜索下一个素数之前会检查这个标识，为了使这个过程可靠工作，cancelled必须是volatile类型。

//使用volatile类型的域来保护取消状态
public class PrimeGenerator implements Runnable{
    private final List<BigInteger> primes = new ArrayList<BigInteger>();
    
    private volatile boolean cancelled;
    
    @Override
    public void run() {
        BigInteger p = BigInteger.ONE;
        while (!cancelled) {
             p = p.nextProbablePrime();
             synchronized (this) {
                primes.add(p);
            }
        }
    }
    
    public void cancel(){cancelled = true;}
    
    public synchronized List<BigInteger> get(){
        return new ArrayList<BigInteger>(primes);
    }
}

测试，让genarator只执行一秒。

public static void main(String[] args) throws Exception{
        PrimeGenerator generator = new PrimeGenerator();
        new Thread(generator).start();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        }finally{
            generator.cancel();
        }
        
        System.out.println(generator.get());;
}

打印结果就不陈列了，无非就是一些素数而已。

二、中断

　　每一个线程都有一个boolean类型的中断状态。当中断线程时，这个线程的中断状态将被设置为true ,在Thread中包含了中断线程以及查询线程中断状态的方法，如下：

public class Thread{
    //中断目标线程（但线程不会立刻停止，也就是不会抢占式停止）
    public void interrupt(){}
    //返回线程的中断状态 已中断：true 未中断：false
    public boolean isInterrupted(){}
    //清除当前线程的中断状态，并返回它之前的值，这是清除中断状态的唯一方法
    public static boolean interrupted(){}
}

　　如果一个线程被中断，会发生两件事情：1.清除中断状态 2.抛出InterruptedException异常，所以，有时候如果捕获了InterruptedException后还要有其他操作的话，要把当前线程中断：Thread.currentThread().interrupt();然后再做其他事。

　　还有一点需要注意，调用interrupt并不意味着立即停止目标线程正在进行的工作，而只是传递了请求中断的消息。对中断操作的正确理解是：它并不会真正的中断一个正在运行的线程，而只是发出中断请求，然后由线程在下一个合适的时刻自己中断。

　　现在我们回过头来看PrimeGenarator的例子，如果代码中出现了阻塞队列，那这种用volatile做标识的取消就可能会有问题，比如基于生产者和消费者模式的素数生成：

//生产者
class BrokenPrimeProducer extends Thread{
    
    private final BlockingQueue<BigInteger> queue;
    private volatile boolean cancelled = false;
    
    public BrokenPrimeProducer(BlockingQueue<BigInteger> queue) {
        this.queue = queue;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        try {
            BigInteger p = BigInteger.ONE;
            while (!cancelled) {
                queue.put(p = p.nextProbablePrime());
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            
        }
    }
    
    public void cancel(){cancelled = true;}
}

　　消费者的代码就不写了，无非是从阻塞队列中取出素数。你看，这个时候，生产者线程生成素数，并将它们放入阻塞队列中，如果生产者的速度超过了消费者的处理速度，队列将被填满，put方法也会被阻塞，如果这时消费者想取消生产者这个任务就无济于事了，因为生产者阻塞在了put方法中。这个问题很好解决，使用中断来替代boolean标识。修改生产者代码：

class PrimeProducer extends Thread{
    
    private final BlockingQueue<BigInteger> queue;
    
    PrimeProducer(BlockingQueue<BigInteger> queue){
        this.queue = queue;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        try {
            BigInteger p = BigInteger.ONE;
            //条件改为当前线程是否中断
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                queue.put(p = p.nextProbablePrime());
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            /*允许线程退出*/
        }
    }
    
    public void cancel(){interrupt();}
}

消费者如果不再需要生产者，可以调用cancel方法，这样即使生产者处于阻塞状态，一样可以退出。由此可见，中断是实现取消的最合理方式。

三、中断策略

　　最合理的中断策略是：尽快退出，并通知任务所有者该线程已经退出。因为任务一般不会在自己拥有的线程中执行，而是在比如线程池的服务中执行，对于线程池实现以外的代码，不应该对中断做过多干预。就比如当你为一户人家打扫房间时，即使主人不在，也不应该把这段时间内收到的邮件扔掉，而应该把邮件收起来，等主人回来以后再交给他们处理，尽管你可以阅读他们的杂志。这就是为什么大多数的api方法只是抛出InterruptedException作为中断响应，它们永远不会在在自己的线程中运行，因此它们为任务或者库代码实现了最合理的取消策略，也就是本段开头黑字部分，尽快退出，并把中断信息传递给调用者。另外，如果除了将InterruptedException传递给调用者外，还要执行其他操作，那么应该在捕获InterruptedException以后恢复中断状态：Thread.currentThread().interrupt();

　　由于每个线程拥有各自的中断策略，因此除非你知道中断对该线程的含义，否则就不应该中断这个线程。

四、用Future实现取消

　　ExecutorService.submit将返回一个Future来描述一个任务，Future拥有一个cancel方法，该方法带有一个boolean类型的参数mayInterruptIfRunning,为true表示该能被中断，为false表示若任务还没启动，就不要运行它。

　　示例：执行一个任务，在一段时间内有结果则返回，没有结果则取消。伪代码如下：

public static void timedRun(Runnable r,
        long timeout,TimeUnit unit) throws InterruptedException{
    Future<?> task = taskExec.submit(r);
    try {
        task.get(timeout,unit);
    } catch (TimeoutException e) {
        //finally中取消
    }catch (ExecutionException e) {
        // 重新抛出
        throw new  ExecutionException(e.getCause());
    }finally{
        //无论任务是抛异常还是正在运行，都将结束
        task.cancel(true);
    }
}

这一章就到这里吧，开发中应该用到的时候也不多，希望能在看别人代码的时候有所帮助。