Java多线程学习之线程的状态及中断线程

线程的状态

1. 新建（new）：当线程被创建时，它只会短时间处于这种状态。它已经分配了必要的系统资源，完成了初始化。之后线程调度器将把这个线程转变为可运行或者阻塞状态；
2. 就绪（Runnable）：在这种状态下，只要调度器分配时间片给线程，线程就可以运行了；
3. 阻塞（Blocked）：有某个条件阻止线程运行，调度器将忽略阻塞状态的线程，不会分配时间片给它，直到线程进入就绪状态，它才有可能执行；
4. 死亡（Dead）：处于死亡或者终结状态的线程将不再是可调度的，并且也不会被分配到时间片。任务死亡的方式通常是从run方法返回，或者被中断；

　　下面列举线程进入阻塞状态的几个可能原因：

1. 通过调用sleep（mils）使任务进入指定时间的睡眠状态；
2. 调用wait使线程挂起，直到线程得到notify或者notifyAll信息，线程才会进入就绪状态；
3. 任务在等待输入输出完成；
4. 任务试图调用某个类/对象的同步方法，但是对象锁不可用；

　　由于处于阻塞状态的线程被挂起，得不到执行，即是代码中有判断状态值某一点而退出，亦不会到达该点，这种情况下应该强制任务跳出阻塞状态。

中断

　　Thread类包含interrupt方法，用于终止被阻塞的任务。调用interrupt方法将设置线程的中断状态，如果一个线程已经被阻塞或者试图执行一个阻塞操作，那么设置线程的中断状态将抛出InterruptedException异常。当抛出InterruptedException异常或者该任务调用Thread.interrupted()时，线程中断状态将被重置。这个中断被阻塞的线程需要我们持有线程对象。

　　Java SE5起建议使用Executor来创建并发任务，当在Executor上调用shutdownNow()，那么它将发生一个interrupt给它启动的所有线程。如果只是想关闭某个特定而不是全部的任务，要通过submit来提交任务，返回Future<?>对象，在Future对象上调用cancel来中断线程，也可以传递true给cancel，那么Future对象就会拥有在该线程上调用interrupt以终止线程的权限。

　　下面看看不同阻塞条件下线程中断情况：

//定义sleep进入阻塞的任务
public class SleepBlocked implements Runnable{

    public void run() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
        }catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("interrupt from sleep...");
        }
        System.out.println("exiting from SleepBlocked run");
    }

}
//定义因为IO进入阻塞的任务
public class IOBlocked implements Runnable {

    InputStream input;

    public IOBlocked(InputStream input) {
        this.input = input;
    }

    public void run() {
        try {
            System.out.println("waiting for input...");
            input.read();
        }catch (IOException e) {
            System.out.println("IOException...");
            if(Thread.interrupted()) {
                System.out.println("interrupt from IOBlocked...");
            }else {
                throw new RuntimeException();
            }
        }
        System.out.println("exiting from IOBlocked......");
    }
}
//定义因为尝试获取对象锁进入阻塞的任务
public class SynchronizedBlocked implements Runnable{

    public synchronized void f() {
        while (true)
            Thread.yield();
    }

    public SynchronizedBlocked() {
        new Thread() {
            public void run() {
                f();
            }
        }.start();
    }

    public void run() {
        System.out.println("trying to call f()...");
        f();
        System.out.println("exiting from SynchronizedBlocked....");
    }
}

　　测试类如下：

public class InterruptedTest {
    private static ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();

    static void test(Runnable task) throws InterruptedException{
        //使用Executor的submit方法提交任务，或者线程的参考，以便中断线程
　　　　  Future future = executor.submit(task);
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        System.out.println("interruptting "+task.getClass().getName());
　　　　 //通过传递true给Future对象的cancel方法，运行中断被阻塞的线程
        future.cancel(true);
        System.out.println("interrupt send to "+task.getClass().getName());
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        test(new SleepBlocked());
        test(new IOBlocked(System.in));
        test(new SynchronizedBlocked());

    }
}
输出：

interruptting com.thread.test.SleepBlocked
interrupt send to com.thread.test.SleepBlocked
interrupt from sleep...  //因为睡眠而阻塞的线程被中断
exiting from SleepBlocked run

//因为IO而阻塞的线程没有被中断
waiting for input...
interruptting com.thread.test.IOBlocked
interrupt send to com.thread.test.IOBlocked

//因为获取对象锁而阻塞的线程没有被中断

trying to call f()...
interruptting com.thread.test.SynchronizedBlocked
interrupt send to com.thread.test.SynchronizedBlocked
exiting from IOBlocked......

　　从输出可以看出，可以中断对sleep的调用，但是不能中断试图获取对象锁（synchronized实现）或者执行IO任务的线程。

实现尝试获取对象锁的阻塞中断

　　从上面可以知道，以synchronized关键字实现的同步对象锁在阻塞时不能被中断。这里介绍一种既可以提供锁功能，又能够在阻塞时被中断的实现，那就是使用ReentrantLock。

public class BlockedMutex{

    private Lock lock = new ReentrantLock();

    public void f() {
        try {
　　　　　　　//一直占有锁，除非被中断
            lock.lockInterruptibly();
        }catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" interrupted from lock acquisition in f()");
        }
    }
}

public class LockBlocked implements Runnable {

    private BlockedMutex blockedMutex;

    public LockBlocked(BlockedMutex blockedMutex) {
        this.blockedMutex = blockedMutex;
    }

    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" waiting for blockedMutex....");
        blockedMutex.f();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" Broken out of blocked call");
    }

}

public class InterruptedTest {public static void main(String[] args) throws Exception{
        BlockedMutex blockedMutex = new BlockedMutex();
        Thread t1 = new Thread(new LockBlocked(blockedMutex));
        Thread t2 = new Thread(new LockBlocked(blockedMutex));
        t1.start();
        t2.start();
        t2.interrupt();
    }
}
输出：

Thread-0 waiting for blockedMutex....
Thread-1 waiting for blockedMutex....
Thread-0 Broken out of blocked call
Thread-1 interrupted from lock acquisition in f()
Thread-1 Broken out of blocked call

　　两个任务都是使用同一个BlockedMutex实例的f方法，f方法里面是以永久占有锁的方式获取对象锁，这样只有最先被执行的任务能够占有锁，之后的任务将一直等待。测试中见到t1占有锁，t2在等待锁，中断t2，看到t2驱动的任务里面抛出InterruptedException，这也说明ReentrantLock锁确实能够在阻塞下被中断。

实现IO操作的阻塞中断

检查中断

　　从上面的学习得知，在线程进入阻塞或者要进入阻塞时，调用线程的interrupt，线程将会抛出异常（IO阻塞或者synchronized阻塞例外，不能被中断）。在任务里面，并不都是可能导致线程进入阻塞的代码，在任务执行不会导致阻塞的代码时，可以通过调用Thread的interrupted方法来检查中断状态，因为Thread的interrupt方法会设置线程的中断标志位，而interrupted方法则能够读取到该标志位，并且重置标志位。请看下面例子：

public class InterruptedCheck implements Runnable {
    private double d = 1d;
    public void run() {
        try {
            while (!Thread.interrupted()) {
                System.out.println("sleeping...");
　　　　　　　　　　//线程睡眠2s，进入阻塞，如果在睡眠时间interrupt，将会抛出异常
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("calculating....");
　　　　　　　　　　//这里以运算模拟任务，要有一定的时间，但是线程不会进入阻塞状态。如果在运算期间进行interrupt，将不会抛出异常，且中断标志位被设置
                for(int i=1;i<25000000;i++) {
                    d = d + (Math.PI + Math.E) /d;
                }
            }
            System.out.println("detected interrupted, not from blocked...");

        }catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("interrupted from blocked...");
        }
    }

}

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Thread thread = new Thread(new InterruptedCheck());
        thread.start();
　　　　//这里man的睡眠时间为不同的值，就可以在thread处于不同的状态（sleep进入阻塞或者正常执行运算）interrupt
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2100);
        System.out.println("interruptting...");
        thread.interrupt();
    }
输出：main的sleep时间为1500milsec时
sleeping...
interruptting...
interrupted from blocked...

main的sleep时间为2100milsec时

sleeping... 
calculating.... 
interruptting... 
detected interrupted, not from blocked...

　　可以看到，在可以被中断的阻塞状态下中断线程，将会以抛出异常的形式退出任务。在运行状态下中断线程，被中断的线程的中断标志位被设置，通过interrupted方法可以读取到线程该标志位，从而判断线程是否被中断，进而执行退出任务的策略判断。