引言
fucking-java-concurrency主要解读了在开发过程中常常会遇到的Java并发问题,本文主要总结Java的中断原理和应用。
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操作系统的中断
什么是中断?
中断可以归结为一种事件处理机制,通过中断发出一个信号, 用来响应硬件设备请求的一种机制。操作系统收到硬件的中断请求,会打断正在执行的进程,然后调用内核中的中断处理程序来响应请求。
中断解决了什么样问题?
当CPU需要访问外部设备时,必须不断地进行轮询和等待外部设备的状态, 这种轮询过程极大地浪费资源。中断机制有效地解决了CPU轮询和忙等待以检查外部设备状态所带来的性能损耗问题。
注意:操作系统收到中断请求,会打断其他进程的运行,所以中断请求的响应程序要尽可能快的执行完,这样可以减少对正常进程运行调度地影响。
中断过程
为了解决中断处理程序执行过长和中断丢失的问题,将中断过程分成了两个阶段,分别为上半部和下半部。
- 上半部用来快速处理中断:一般会暂时关闭中断请求,主要负责处理跟硬件紧密相关或者时间敏感的事情。
- 下半部用来延迟处理上半部未完成的工作:一般以内核线程的方式运行。
网卡例子
网卡收到网络包后,通过DMA方式将接收的数据写入内存,接着会通过硬件中断通知内核有新的数据到了。上半部会先禁止网卡中断,避免频繁硬中断。内核会触发一个软中断,把一些处理比较耗时且复杂的事情,交给软中断处理程序去做,也就是中断的下半部。
- 上半部直接处理硬件请求,也就是硬中断,主要负责耗时短的工作,特点是快速执行。
- 下半部分是由内核触发,也就是软中断,主要负责上半部未完成的工作。
Java的中断
Java中没有办法立即停止一个线程,Java提供了一种用于停止线程的协商机制:中断。
Java的中断只是一种协商机制, 通过中断并不能直接中断另外一个线程,而需要被中断的线程自己处理中断, 通常,中断是实现取消的最合理方式。
中断原理
每一个线程都有boolean标识,代表着是否有中断请求。线程可以选择在合适的时候处理该中断请求,甚至可以完全不理会该请求,就像这个线程没有被中断一样。
API
Method | Description |
---|---|
void interrupt() | 中断线程,设置线程的中断位为true |
boolean isInterrupted() | 检查线程的中断标记位,true-中断状态,false-非中断状态 |
static boolean interrupted() | 返回当前线程的中断标记位,同时清楚中断标记,改为false |
注意:使用静态interrupted
方法应该小心,因为它会清楚当前线程的中断状态,如果在调用interrupted时返回了true,那么除非你想屏蔽这个中断,否则必须对它进行处理——可以抛出InterruptedException
,或者通过再次调用interrupt
来恢复中断状态;
public class InterruptExample implements Runnable {BlockingQueue<Task> queue;@Overridepublic void run() {try {processTask(queue.take());} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt(); // 恢复被中断的状态}}
}
案例讲解
可中断的阻塞
针对线程处于由sleep
, wait
, join
, LinkedBlockingQueue#take
等方法调用产生的阻塞状态时,调用interrupt
方法,会抛出异常InterruptedException
,同时会清除中断标记位,自动改成false;
LinkedBlockQueue#take()
public E take() throws InterruptedException {final E x;final int c;final AtomicInteger count = this.count;final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;takeLock.lockInterruptibly(); // importanttry {while (count.get() == 0) {notEmpty.await();}x = dequeue();c = count.getAndDecrement();if (c > 1)notEmpty.signal();} finally {takeLock.unlock();}if (c == capacity)signalNotFull();return x;
}@ReservedStackAccess
final void lockInterruptibly() throws InterruptedException {if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException();if (!initialTryLock())acquireInterruptibly(1);
}
通过中断来取消
根据上述可中断的阻塞操作,可以通过中断来取消任务。
import java.math.BigInteger;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;class PrimeProducer extends Thread {private final BlockingQueue<BigInteger> queue;PrimeProducer(BlockingQueue<BigInteger> queue) {this.queue = queue;}public void run() {try {BigInteger p = BigInteger.ONE;while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {queue.put(p = p.nextProbablePrime());}} catch (InterruptedException consumed) {// 允许线程退出}}public void cancel() {interrupt();}
}
综上
当调用可中断的阻塞函数时,有两种实用策略可用于处理InterruptedException
。
- 传递异常,使你的方法也成为可中断的阻塞方法。
- 恢复中断状态,从而使得调用栈中的上层代码能够对其进行处理。
参考资料
- https://www.xiaolincoding.com/os/1_hardware/soft_interrupt.html
- https://anyview.fun/2022/11/28
- https://juejin.cn/post/7296751837340614671#2_6