Thread.interrupt系統級別線程打斷實例

本篇內容介紹了“Thread.interrupt系統級別線程打斷實例”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

目錄

• 一、interrupt的使用特點

• 二、jvm層面上interrupt方法的本質

• 三、ParkEvent對象的本質

• 四、Park()對象的本質

• 五、利用jni實現一個可以被打斷的MyThread類

• 六、總結

一、interrupt的使用特點

我們先看2個線程打斷的示例

首先是可打斷的情況：

@Test
public void interruptedTest() throws InterruptedException {
    Thread sleep = new Thread(() -> {
        try {
            log.info("sleep thread start");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            log.info("sleep thread end");
        } catch (InterruptedException e) {
            log.info("sleep thread interrupted");
        }
    }, "sleep_thread");
    sleep.start();

    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
    log.info("ready to interrupt sleep");
    sleep.interrupt();
}

我們創建了一個“sleep”線程，其中調用了會拋出InterruptedException異常的sleep方法。“sleep”線程啟動100毫秒后，主線程調用其打斷方法，此時輸出如下：

09:50:39.312 [sleep_thread] INFO cn.tera.thread.ThreadTest - sleep thread start

09:50:39.412 [main] INFO cn.tera.thread.ThreadTest - ready to interrupt sleep

09:50:39.412 [sleep_thread] INFO cn.tera.thread.ThreadTest - sleep thread interrupted

可以看到“sleep”線程被打斷后，拋出了InterruptedException異常，并直接進入了catch的邏輯。

接著我們看一個不可打斷的情況：

@Test
public void normalTest() throws InterruptedException {
    Thread normal = new Thread(() -> {
        log.info("normal thread start");
        int i = 0;
        while (true) {
            i++;
        }
    }, "normal_thread");
    normal.start();
    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
    log.info("ready to interrupt normal");
    normal.interrupt();
}

我們創建了一個“normal”線程，其中是一個死循環對i++，此時輸出如下：

10:09:20.237 [normal_thread] INFO cn.tera.thread.ThreadTest - normal thread start

10:09:20.338 [main] INFO cn.tera.thread.ThreadTest - ready to interrupt normal

可以看到“normal”線程被打斷后，并不會拋出異常，且會繼續執行業務流程。

所以打斷線程并非是任何時候都會生效的，那么我們就需要探究下interrupt究竟做了什么。

二、jvm層面上interrupt方法的本質

Thread.java

查看interrupt方法，其中的interrupt0()正是打斷的主要方法

public void interrupt() {
    if (this != Thread.currentThread())
        checkAccess();

    synchronized (blockerLock) {
        Interruptible b = blocker;
        if (b != null) {
            //打斷的主要方法，該方法的主要作用是設置一個打斷標記
            interrupt0();
            b.interrupt(this);
            return;
        }
    }
    interrupt0();
}

查看interrupt0()方法：

private native void interrupt0();

因為interrupt0()是一個本地方法，所以要了解其的究竟做了什么，我們就需要深入到jvm中看源碼。

首先我們還是需要下載open-jdk的源碼，包括jdk和hotspot（jvm）

下載地址：http://hg.openjdk.java.net/jdk8

因為C和C++的代碼對于java程序員來說比較晦澀難懂，所以在下方展示源碼的時候我只會貼出我們關心的重點代碼，其余的部分就省略了。

查看Thread.c：jdk源碼目錄src/java.base/share/native/libjava

找到如下代碼：

static JNINativeMethod methods[] = {
    ...
    {"interrupt0",       "()V",        (void *)&JVM_Interrupt}
    ...
};

可以看到interrupt0對應的jvm方法是JVM_Interrupt

查看jvm.cpp，hotspot目錄src/share/vm/prims

可以找到JVM_Interrupt方法的實現，這個方法挺簡單的：

JVM_ENTRY(void, JVM_Interrupt(JNIEnv* env, jobject jthread))
  JVMWrapper("JVM_Interrupt");
  ...
  if (thr != NULL) {
    //執行線程打斷操作
    Thread::interrupt(thr);
  }
JVM_END

查看thread.cpp，hotspot目錄src/share/vm/runtime

找到interrupt方法：

void Thread::interrupt(Thread* thread) {
  //執行os層面的打斷
  os::interrupt(thread);
}

查看os_posix.cpp，hotspot目錄src/os/posix/vm

找到interrupt方法，這個方法正是打斷的重點：

void os::interrupt(Thread* thread) {
  ...
  //獲得c++線程對應的系統線程
  OSThread* osthread = thread->osthread();
  //如果系統線程的打斷標記是false，意味著還未被打斷
  if (!osthread->interrupted()) {
    //將系統線程的打斷標記設為true
    osthread->set_interrupted(true);
    //這個涉及到內存屏障，本文不展開
    OrderAccess::fence();
    //這里獲取一個_SleepEvent，并調用其unpark()方法
    ParkEvent * const slp = thread->_SleepEvent ;
    if (slp != NULL) slp->unpark() ;
  }

  //這里依據JSR166標準，即使打斷標記為true，依然要調用下面的2個unpark
  if (thread->is_Java_thread())
    //如果是一個java線程，這里獲取一個parker對象，并調用其unpark()方法
    ((JavaThread*)thread)->parker()->unpark();

  ParkEvent * ev = thread->_ParkEvent ;
  //這里獲取一個_ParkEvent，并調用其unpark()方法
  if (ev != NULL) ev->unpark() ;
}

這個方法中，首先判斷線程的打斷標志，如果為false，則將其設置為true

并且調用了3個對象的unpark()方法，一會兒介紹著3個對象的作用。

總而言之，線程打斷的本質做了2件事情

1.將線程的打斷標志設置為true

2.調用3個對象的unpark方法喚醒線程

三、ParkEvent對象的本質

在前面我們看到線程在調用interrupt方法的最底層其實是調用了thread中3個對象的unpark()方法，那么這3個對象究竟代表了什么呢，我們繼續探究。

首先我們先看SleepEvent和ParkEvent對象，這2個對象的類型是相同的

查看thread.cpp，hotspot目錄src/share/vm/runtime

找到SleepEvent和ParkEvent的定義，jvm已經給我們注釋了，ParkEven是供synchronized()使用，SleepEvent是供Thread.sleep使用：

ParkEvent * _ParkEvent;    // for synchronized()
ParkEvent * _SleepEvent;   // for Thread.sleep

查看park.hpp，hotspot目錄src/share/vm/runtime

在頭文件中能找到ParkEvent類的定義，繼承自os::PlatformEvent，是一個和系統相關的的PlatformEvent：

class ParkEvent : public os::PlatformEvent {
  ...
}

查看os_linux.hpp，hotspot目錄src/os/linux/vm

以linux系統為例，在頭文件中可以看到PlatformEvent的具體定義，我們只關注其中的重點：

首先是2個私有對象，一個pthread_mutex_t操作系統級別的信號量，一個pthread_cond_t操作系統級別的條件變量，這2個變量是一個數組，長度都是1，這些在后面會看到是如何使用的

其次是定義了3個方法，park()、unpark()、park(jlong millis)，控制線程的掛起和繼續執行

class PlatformEvent : public CHeapObj<mtInternal> {
 private:
  ...
  pthread_mutex_t _mutex[1];
  pthread_cond_t  _cond[1];
  ...
  void park();
  void unpark();
  int  park(jlong millis); // relative timed-wait only
  ...
};

查看os_linux.cpp，hotspot目錄src/os/linux/vm

接著我們就需要去看park和unpark方法的具體實現，并看看2個私有變量是如何被使用的

先看park()方法，這里我們主要關注3個系統底層方法的調用

pthread_mutex_lock(_mutex)：鎖住信號量

status = pthread_cond_wait(_cond, _mutex)：釋放信號量，并在條件變量上等待

status = pthread_mutex_unlock(_mutex)：釋放信號量

void os::PlatformEvent::park() { 
    ...
    //鎖住信號量
    int status = pthread_mutex_lock(_mutex);
    while (_Event < 0) {
      //釋放信號量，并在條件變量上等待
      status = pthread_cond_wait(_cond, _mutex);
    }
    //釋放信號量
    status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
}

這個方法其實非常好理解，就相當于：

synchronize(obj){
  obj.wait();
}

或者：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
lock.lock();
condition.wait();
lock.unlock();

park(jlong millis)方法就不展示了，區別只是調用一個接受時間參數的等待方法。

所以park()方法底層其實是調用系統層面的鎖和條件等待去掛起線程的

接著我們看unpark()方法，其中最重要的方法當然是

pthread_cond_signal(_cond)：喚醒條件變量

void os::PlatformEvent::unpark() {
  ...
  if (AnyWaiters != 0) {
    //喚醒條件變量
    status = pthread_cond_signal(_cond);
  }
  ...
}

所以unpark()方法底層其實是調用系統層面的喚醒條件變量達到喚醒線程的目的

四、Park()對象的本質

看完了2個ParkEvent對象的本質，那么接著我們還剩一個park()對象

查看thread.hpp，hotspot目錄src/share/vm/runtime

park()對象的定義如下：

public:
  Parker*     parker() { return _parker; }

查看park.hpp，hotspot目錄src/share/vm/runtime

可以看到，它是繼承自os::PlatformParker，和ParkEvent不同，下面可以看到，等待變量的數組長度變為了2，其中一個給相對時間使用，一個給絕對時間使用

class Parker : public os::PlatformParker {
    pthread_mutex_t _mutex[1];
    pthread_cond_t  _cond[2]; // one for relative times and one for abs.
}

查看os_linux.cpp，hotspot目錄src/os/linux/vm

還是先看park方法的實現，這個方法其實是對ParkEvent中的park方法的改良版，不過總體的邏輯還是沒有變

最終還是調用pthread_cond_wait方法掛起線程

void Parker::park(bool isAbsolute, jlong time) {
  ...
  if (time == 0) {
    //這里是直接長時間等待
    _cur_index = REL_INDEX; 
    status = pthread_cond_wait(&_cond[_cur_index], _mutex);
  } else {
    //這里會根據時間是否是絕對時間，分別等待在不同的條件上
    _cur_index = isAbsolute ? ABS_INDEX : REL_INDEX;
    status = pthread_cond_timedwait(&_cond[_cur_index], _mutex, &absTime);
  }
  ...
}

最后看一下unpark方法，這里需要先獲取一個正確的等待對象，然后通知即可：

void Parker::unpark() {
  int status = pthread_mutex_lock(_mutex);
  ...
  //因為在等待的時候會有2個等待對象，所以需要先獲取正確的索引
  int index = _cur_index;
  ...
  status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
  if (s < 1 && index != -1) {
    //喚醒線程
    status = pthread_cond_signal(&_cond[index]);
  }
  ...
}

五、利用jni實現一個可以被打斷的MyThread類

結合上一篇文章，我們利用jni實現一個自己可以被打斷的簡易MyThread類

首先定義MyThread.java

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.time.LocalDateTime;

public class MyThread {

    static {
        //設置查找路徑為當前項目路徑
        System.setProperty("java.library.path", ".");
        //加載動態庫的名稱
        System.loadLibrary("MyThread");
    }

    public native void startAndPark();

    public native void interrupt();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread thread = new MyThread();
        //啟動線程打印一段文字，并睡眠
        thread.startAndPark();
        //1秒后主線程打斷子線程
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
        System.out.println(LocalDateTime.now() + "：Main---準備打斷線程");
        //打斷子線程
        thread.interrupt();
        System.out.println(LocalDateTime.now() + "：Main---打斷完成");
    }
}

執行命令編譯MyThread.class文件并生成MyThread.h頭文件

javac -h . MyThread.java

創建MyThread.c文件

當java代碼調用startAndPark()方法的時候，創建了一個系統級別的線程，并調用pthread_cond_wait進行休眠

當java代碼調用interrupt()方法的時候，會喚醒休眠中的線程

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include "MyThread.h"
#include "time.h"

pthread_t pid;
pthread_mutex_t _mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t  _cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; 

//打印時間
void printTime(){
    char strTm[50] = { 0 };
	  time_t currentTm;
	  time(&currentTm);
	  strftime(strTm, sizeof(strTm), "%x %X", localtime(&currentTm));
	  puts(strTm);
}

//子線程執行的方法
void* thread_entity(void* arg){
    printTime();
    printf("MyThread---啟動\n");
    printTime();
    printf("MyThread---準備休眠\n");
    //阻塞線程，等待喚醒
    pthread_cond_wait(&_cond, &_mutex);
    printTime();
    printf("MyThread---休眠被打斷\n");
}
//對應MyThread中的startAndPark方法
JNIEXPORT void JNICALL Java_MyThread_startAndPark(JNIEnv *env, jobject c1){
    //創建一個子線程
    pthread_create(&pid, NULL, thread_entity, NULL);
}
//對應MyThread中的interrupt方法
JNIEXPORT void JNICALL Java_MyThread_interrupt(JNIEnv *env, jobject c1){
    //喚醒線程
    pthread_cond_signal(&_cond);
}

執行命令創建動態鏈接庫

gcc -dynamiclib -I /Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_241.jdk/Contents/Home/include MyThread.c -o libMyThread.jnilib 

執行java的main方法，得到結果

子線程啟動后進入睡眠，主線程1秒鐘后打斷子線程，完全符合我們的預期

2020/11/13 19時42分57秒

MyThread---啟動

2020/11/13 19時42分57秒

MyThread---準備休眠

2020-11-13T19:42:58.891：Main---準備打斷線程

2020/11/13 19時42分58秒

MyThread---休眠被打斷

2020-11-13T19:42:58.891：Main---打斷完成

六、總結

1.線程打斷的本質做了2件事情：設置線程的打斷標記，并調用線程3個Park對象的unpark()方法喚醒線程

2.線程掛起的本質是調用系統級別的pthread_cond_wait方法，使得等待在一個條件變量上

3.線程喚醒的本質是調用系統級別的pthread_cond_signal方法，喚醒等待的線程

4.通過實現一個自己的可以打斷的線程類更好地理解線程打斷的本質

“Thread.interrupt系統級別線程打斷實例”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！