LockSupport与线程中断机制

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线程中断机制

首先,一个线程不应该由其他线程来强制中断或停止,而是应该由线程自己自行停止,自己来决定自己的命运。所以,Thread.stop,Thread.suspend, Thread.resume都已经被废弃了。

其次,在Java中没有办法立即停止一条线程,然而停止线程却显得尤为重要,如取消一个耗时操作。
因此,Java提供了一种用于停止线程的协商机制-一中断,也即中断标识协商机制。

中断只是一种协作协商机制,Java没有给中断增加任何语法,中断的过程完全需要程序员自己实现。若要中断一个线程,你需要手动调用该线程的interrupt方法,该方法也仅仅是将线程对象的中断标识设成tnue;接着你需要自己写代码不断地检测当前线程的标识位,如果为true,表示的线程请求这条线程中断,此时究竟该做什么需要你自己写代码实现。

每个线程对象中都有一个中断标识位,用于表示线程是否被中断;该标识位为true表示中断,为false表示未中断;通过调用线程对象的interrupt方法将该线程的标识位设为tue;可以在别的线程中调用,也可以在自己的线程中调用。

中断机制三大方法

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public void interrupt()

实例方法interrupt()仅仅是设置线程的中断状态为true,发起一个协商而不会立刻停止线程

public static boolean interrupted()

静态方法,Thread.interrupted();判断线程是否被中断并清除当前中断状态。

这个方法做了两件事:
1、返回当前线程的中断状态,测试当前线程是否已被中断
2、将当前线程的中断状态清零并重新设置为false,清理线程的中断状态

public boolean interrupted()

判断当前线程是否被中断(通过检查中断标志位)

如何中断运行中的线程?

有三种方法

  • volatile变量实现(volatile的可见性)
  • AtomicBoolean实现
  • Thread类自带中断api实现(本文着重讲的中断机制)

volatile变量实现中断

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AtomicBoolean的原子性实现

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interrupt的api实现

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具体来说,当对一个线程,调用interrupt()时:
① 如果线程处于正常活动状蠢,那么会将该线程的中断标志设置为true,仅此而己。
被设置中断标志的线程将继续正常运行,不受影响。
所以,interrupt()并不能真正的中断线程,需要被调用的线程自己进行配合才行。
②)如果线程处于被阻塞状态(例如处于sleep,wait,join 等状态),在别的线程中调用当前线程对象的interupt方法,那么线程将立即退出被阻察状态,并抛出一个InterruptedException异常。

中断线程后,会立马停止吗?

结论:不会
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所以设置为中断后,不会立马停止,会继续执行,把线程的中断停止权力交给线程本身,其他线程不能操作其他线程的直接中断

在这里还有个额外需要注意的问题,如果在t1线程后正在运行,但是后面代码有sleep的逻辑,在sleep后面线程申请t1线程的interrup时,会死循环,需要在sleep的catch里面添加对该线程的interrupt,原因是会清除状态,恢复到false并抛出InterruptedException
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LockSupport

LockSupport是JUC下locks包的一个类,是Lock功能的扩张和支撑
官方介绍是:用于创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语
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该类与使用它的每个线程关联一个许可证(在Semaphore类的意义上)。 如果许可证可用,将立即返回park ,并在此过程中消费; 否则可能会阻止。 如果尚未提供许可,则致电unpark获得许可。

由此可得出此类比较重要的方法是parkunpark,且许可证最多只有一个
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线程唤醒的方法

在这里用线程唤醒的方法来引出,LockSupport的由来

Object的wait和notify方法

以下代码正常运行
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异常情况,注释锁就会报错,所以如果要使用wait和notify必须被包在synchronized里面,且成对出现
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异常情况,先执行notify再执行wait,那么就无法被唤醒,wait和notify顺序需要严格遵循
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Condition的await和signal方法

正常情况
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异常情况,注释lock锁,所以lock和unlock不能缺少,线程等待和唤醒需要先获取锁
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异常情况,先signal后await,一直无法被唤醒,执行顺序也很重要
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LockSupport可以堵塞当前线程以及唤醒指定被堵塞的线程

上述两个对象Object和Condition使用的限制条件:

  • 线程需要先获取锁,必须在锁块里(synchronized或lock)中
  • 必须要先等待后唤醒,线程才能被唤醒

正常情况
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先通知后唤醒,不会出问题
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异常情况,多个park和unpark会导致堵塞问题,因为官方说了许可证不会累积,只有一个
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总结

LockSupport是用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。
LockSupport是一个线程阻塞工具类,所有的方法都是静态方法,可以让线程在任意位置阻塞,阻塞之后也有对应的唤醒方法。归根结底,LockSupport调用的Unsafe中的native代码。

LockSupport 提供park()和unpark()方法实现阻塞线程和解除线程阻塞的过程
LockSupport和每个使用它的线程都有一个许可(permit)关联。
每个线程都有一个相关的permit,permit最多只有一个,重复调用unpark也不会积累凭证。

形象的理解
线程阻塞需要消耗凭证(permit),这个凭证最多只有1个。
当调用 park方法时

  • 如果有凭证,则会直接消耗掉这个凭证然后正常退出;
  • 如果无凭证,就必须阻塞等待凭证可用:

而unpark则相反,它会增加一个凭证,但凭证最多只能有1个,累加无效。

面试题

  • 为什么可以突破wait/notify的原有调用顺序?
    因为unpark获得了一个凭证,之后再调用park方法,就可以名正言顺的凭证消费,故不会阻塞。先发放了凭证后续可以畅通无阻。

  • 为什么唤醒两次后阻塞两次,但最终结果还会阻塞线程?
    因为凭证的数量最多为1,连续调用两次 unpark 和 调用一次 unpark 效果一样,只会增加一个凭证;

参考文献

jdk 11 线程api:https://www.runoob.com/manual/jdk11api/java.base/java/lang/Thread.html#
jdk 11 locks包下LockSupport文档:https://www.runoob.com/manual/jdk11api/java.base/java/util/concurrent/locks/LockSupport.html

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