Java并发编程实战 07 | 如何正确停止线程

什么时候需要停止一个线程？

一个线程被创建并启动之后，大部分情况下都会自然运行至结束，但是也有一些情况需要主动停止线程，比如：

用户主动取消执行：用户可能会中止一个正在进行的操作，这时需要停止相关线程。
运行时错误或超时：线程可能因为运行时错误或超时而需要被停止，以避免长时间占用资源。
服务关闭：当服务即将关闭时，可能需要停止所有正在运行的线程，以释放资源并确保干净地关闭服务。

所有这些情况都需要主动停止线程，但是要安全可靠地停止线程并不是一件容易的事情。

为什么不能强制停止线程？

实际上，当我们停止一个线程时，通常希望它至少能完成一些必要的收尾工作，如保存数据、切换状态等，而不是立即停止，以免导致状态混乱。

生活中，我们经常会遇到类似的情况。例如，当你将文件从电脑剪切并粘贴到U盘时，如果在传输过程中突然中断，你将面临一个问题：部分文件已经被复制到U盘，而另一部分还留在电脑上。这种情况下，你需要恢复到原始状态，避免出现一半的文件在U盘上，而另一半还在电脑里。

因此在处理文件传输或其他重要操作时，线程停止时我们需要确保所有操作都能完整地执行完毕，避免出现不完整或数据不一致的状态。

如何正确停止一个线程？

Java 语言本身并没有提供一种机制可以保证线程立即正确停止，但是它提供了 interrupt() 方法，这是一种协作机制，可以用于停止线程。

interrupt() 方法并不会直接终止线程，而是设置线程的中断状态。在线程中应该定期检查它的中断状态，并响应这个中断请求。被中断的线程拥有决定权，即它可以选择何时停止运行，甚至可以选择忽略这个中断请求。换句话说，如果一个线程不愿意响应中断请求，那么我们除了等待它完成任务或强制终止整个进程之外，别无他法。

如果被中断的线程正在等待、睡眠或被阻塞（例如，在调用 Thread.sleep() 或 wait() 等方法时），会立即抛出 InterruptedException 异常。线程可以捕获这个异常，并在异常处理程序中做出适当的响应（如清理资源、记录日志或退出线程）。

代码实践

使用`stop()`停止线程

使用stop()方法终止线程执行将导致线程立即停止，可能会引发意想不到的问题。

public class StopThread implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Start moving...");
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            //Simulation of time required to move
            int j = 50000;
            while (j > 0) {
                j--;
            }
            System.out.println(i + " batches have been moved");
        }
        System.out.println("End of moving");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(new StopThread());
        thread.start();
        // Try to stop it later.
        Thread.sleep(2);
        thread.stop();
    }
}

//输出：
Start moving...
1 batches have been moved
2 batches have been moved
3 batches have been moved

可以看到，使用 stop 方法强制结束线程可能会导致操作不完全：上面的例子中，只有三批物品被移动，而这些物品在停止后没有被移回原处，这种情况可能带来数据不一致的问题。

由于这种强制停止线程的方式可能导致不稳定和无法预料的结果，stop 方法已经被官方弃用，并在源代码中标记为过时。出于安全考虑，建议使用其他更安全的方式来管理线程的中断和终止。

使用interrupt方法，线程不停止

在主线程中调用 interrupt 方法来中断目标线程时，目标线程可能无法感知到中断标志，也就是说，即使主线程发出了中断请求，目标线程可能继续运行，不会及时停止或做出其他响应。这种情况可能会导致线程无法按照预期停止，从而影响系统的稳定性和性能。

public class InterruptThreadWithoutFlag implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Start moving...");
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            //Simulation of time required to move
            int j = 50000;
            while (j > 0) {
                j--;
            }
            System.out.println(i + " batches have been moved");
        }
        System.out.println("End of moving");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(new StopThread());
        thread.start();
        // a little later
        Thread.sleep(2);
        thread.interrupt();
    }
}

//输出：
Start moving...
1 batches have been moved
2 batches have been moved
3 batches have been moved
4 batches have been moved
5 batches have been moved
End of moving

你可能会发现，调用 interrupt 方法对线程没有任何效果。我们本来希望通过中断来停止线程，但它似乎完全忽视了我们的请求。

正如前面所提到的，是否响应中断信号取决于线程自身。为了确保线程能够响应中断，我们需要修改线程的逻辑，使其能够处理中断请求。这样，线程才能在接收到中断信号后及时停止。

使用`interrupt`，线程识别中断标志

当一个线程被中断时，线程内部可以通过调用 Thread.currentThread().isInterrupted() 方法来检查中断状态。如果该方法返回 true，则表示线程已经收到中断信号，线程可以据此执行相应的中断处理逻辑。

public class InterruptThread implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Start moving...");
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            if(Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                //Do some finishing work.
                break;
            }
            //Simulation of time required to move
            int j = 50000;
            while (j > 0) {
                j--;
            }
            System.out.println(i + " batches have been moved");
        }
        System.out.println("End of moving");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(new InterruptThread());
        thread.start();
        Thread.sleep(2);
        thread.interrupt();
    }
}

//输出：
Start moving...
1 batches have been moved
End of moving

查看打印输出后，我们可以发现，interrupt() 方法中断线程已经生效了。

中断某个线程时，该线程处于休眠状态

如果在线程处理中调用了 sleep 方法，即使线程未显式检查中断标志，它也会响应中断信号。例如，我们可以使用 Thread.sleep(1) 模拟每次搬运操作的时间，在主线程中等待 3 毫秒后进行中断，因此预计在搬运 2 到 3 批物品后线程会被中断，代码如下：

public class InterruptWithSleep implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Start moving...");
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            // 模拟移动所需的时间
            try {
                Thread.sleep(1);
                System.out.println(i + " batches have been moved");
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println(e.getMessage());
                break;
            }
        }
        System.out.println("End of moving");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(new InterruptWithSleep());
        thread.start();
        // 稍等片刻
        Thread.sleep(3);
        thread.interrupt();
    }
}

//输出：
Start moving...
1 batches have been moved
2 batches have been moved
sleep interrupted
End of moving

这里还输出了 “sleep interrupted”，这是因为发生了中断异常。使程序执行到了 catch (InterruptedException e) 语句块，通过 e.getMessage() 输出了这个信息。

为什么会抛出异常呢？

这是因为当线程处于睡眠状态时，如果接收到中断信号，线程会立即响应这个中断。而响应中断的方式很特别，就是抛出一个异常：java.lang.InterruptedException: sleep interrupted。这确保了线程在睡眠时能够快速地对中断请求做出反应。

因此，当程序中有使用 sleep 或其他可能阻塞线程的方法（如 wait、join 等）时，如果这些方法可能会被中断，就需要特别注意 InterruptedException 异常的处理。我们可以在 catch 块中捕获这个异常，这样当线程进入阻塞状态时，仍然能够响应中断并执行相应的处理逻辑。

当sleep方法与isInterrupted一起使用时会发生什么情况？

大家有没有注意到，在前面的代码中，在捕获异常之后的处理中，我们使用了break主动结束这个循环。那么，我们能不能不用break，而是在循环入口处使用isInterrupted()判断？这样看起来更自然一些。让我们尝试一下：

public class SleepWithIsInterrupted implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Start moving...");
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            if(Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                //Do some finishing work.
                break;
            }
            //Simulation of time required to move
            try {
                Thread.sleep(2);
                System.out.println(i + " batches have been moved");
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println(e.getMessage());
            }
        }
        System.out.println("End of moving");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(new SleepWithIsInterrupted());
        thread.start();
        // a little later
        Thread.sleep(1);
        thread.interrupt();
    }
}

//输出：
Start moving...
sleep interrupted
2 batches have been moved
3 batches have been moved
4 batches have been moved
5 batches have been moved
End of moving

输出结果有点出乎意料？中断之后怎么还继续移动第四批和第五批物品呢？

原因是一旦sleep()响应中断，就会清除线程的中断状态标志位，所以上面代码中的循环条件检查中，Thread.currentThread().isInterrupted()的结果一直是false，导致程序无法退出。

一般情况下，在实际业务代码中，主逻辑通常比较复杂，所以不建议在try-catch这里直接处理这个中断异常，而是直接将异常向上抛出，交由更高层次处理，便于功能分解和团队协作。你可以把把中断的后续收尾处理封装成一个方法，如下：

public class SleepSplitCase implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        try {
            move();
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
            goBack();
        }
    }

    private void move() throws InterruptedException {
        System.out.println("Start moving...");
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            //Simulation of time required to move
            Thread.sleep(2);
            System.out.println(i + " batches have been moved");
        }
        System.out.println("End of moving");
    }

    private void goBack() {
        // do some finishing work.
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(new SleepSplitCase());
        thread.start();
        // a little later
        Thread.sleep(1);
        thread.interrupt();
    }
}

//输出：
Start moving...
sleep interrupted

重新中断

有没有办法让 goBack 方法在 catch 块之外处理？

如前所述，当中断发生并抛出 InterruptedException 时，isInterrupted 的结果会被重置为 false。不过，可以通过再次调用 interrupt 方法来重新设置中断标志，这样 isInterrupted 的结果会变为 true。

基于这个前提，run 方法可以改为如下形式：

@Override
public void run() {
    try {
        move();
    } catch (InterruptedException e) {
        System.out.println(e.getMessage());
        Thread.currentThread().interrupt();
    }
    if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
        goBack();
    }
}

这样就避免了在catch代码块中处理业务逻辑！

确定是否发生中断的方法

boolean isInterrupted()：用于检查当前线程是否被中断。这个方法会检查线程的中断状态，但不会清除中断标志。
static boolean interrupted()：用于检查当前线程是否被中断。调用此方法后，它会将当前线程的中断标志重置为 false，即清除中断标志。

注意，interrupted() 方法针对的是当前线程，从源代码中可以很容易地看到：

我们来看下面的例子。我添加了一些注释来帮助理解：

public class CheckInterrupt {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread subThread = new Thread(() -> {
            
            for (; ; ) {
            }
        });

        subThread.start();
        subThread.interrupt();
        //获取中断标志
        System.out.println("isInterrupted: " + subThread.isInterrupted());
        //获取中断标志并重置
        // 虽然interrupted()是subThread线程调用的，但实际执行的是当前线程）  
        System.out.println("isInterrupted: " + subThread.interrupted());

        //中断当前线程 
        Thread.currentThread().interrupt();
        System.out.println("isInterrupted: " + subThread.interrupted());
        // Thread.interrupted() 与 subThread.interrupted() 的效果是相同的。
        System.out.println("isInterrupted: " + Thread.interrupted());
    }
}

// 输出：
isInterrupted: true
isInterrupted: false
isInterrupted: true
isInterrupted: false

因为interrupted()会重置中断标志，所以最后的输出结果为false。

Jdk中响应中断信号的方法列表

JDK 有一系列内置方法可以响应中断信号这些方法主要包括以下几种，它们会响应中断并抛出 InterruptedException：

Object.wait() / wait(long) / wait(long, int)
Thread.sleep(long) / sleep(long, int)
Thread.join() / join( long) / join(long, int)
java.util.concurrent.BlockingQueue.take() / put (E)
java.util.concurrent.locks.Lock.lockInterruptibly()
java.util.concurrent.CountDownLatch.await
java.util.concurrent.CyclicBarrier.await
java.util.concurrent.Exchanger.exchange(v)
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