一、interrupt的使用特点
我们先看2个线程打断的示例
首先是可打断的情况：
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@Testpublic 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();} |
我们创建了一个“sleep”线程，其中调用了会抛出InterruptedException异常的sleep方法。“sleep”线程启动100毫秒后，主线程调用其打断方法，此时输出如下：
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”线程被打断后，抛出了InterruptedException异常，并直接进入了catch的逻辑。
接着我们看一个不可打断的情况：
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@Testpublic 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();} |
我们创建了一个“normal”线程，其中是一个死循环对i++，此时输出如下：
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”线程被打断后，并不会抛出异常，且会继续执行业务流程。
所以打断线程并非是任何时候都会生效的，那么我们就需要探究下interrupt究竟做了什么。
二、jvm层面上interrupt方法的本质
Thread.java
查看interrupt方法，其中的interrupt0()正是打断的主要方法
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public void interrupt() { if (this != Thread.currentThread()) checkAccess(); synchronized (blockerLock) { Interruptible b = blocker; if (b != null) { //打断的主要方法，该方法的主要作用是设置一个打断标记 interrupt0(); b.interrupt(this); return; } } interrupt0();} |
查看interrupt0()方法：
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private native void interrupt0(); |
因为interrupt0()是一个本地方法，所以要了解其的究竟做了什么，我们就需要深入到jvm中看源码。
首先我们还是需要下载open-jdk的源码，包括jdk和hotspot（jvm）
下载地址：http://hg.openjdk.java.net/jdk8
因为C和C++的代码对于java程序员来说比较晦涩难懂，所以在下方展示源码的时候我只会贴出我们关心的重点代码，其余的部分就省略了。
查看Thread.c：jdk源码目录src/java.base/share/native/libjava
找到如下代码：
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static JNINativeMethod methods[] = { ... {"interrupt0", "()V", (void *)&JVM_Interrupt} ...}; |
可以看到interrupt0对应的jvm方法是JVM_Interrupt
查看jvm.cpp，hotspot目录src/share/vm/prims
可以找到JVM_Interrupt方法的实现，这个方法挺简单的：
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JVM_ENTRY(void, JVM_Interrupt(JNIEnv* env, jobject jthread)) JVMWrapper("JVM_Interrupt"); ... if (thr != NULL) { //执行线程打断操作 Thread::interrupt(thr); }JVM_END |
查看thread.cpp，hotspot目录src/share/vm/runtime
找到interrupt方法：
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void Thread::interrupt(Thread* thread) { //执行os层面的打断 os::interrupt(thread);} |
查看os_posix.cpp，hotspot目录src/os/posix/vm
找到interrupt方法，这个方法正是打断的重点：
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void os::interrupt(Thread* thread) { ... //获得c++线程对应的系统线程 OSThread* osthread = thread->osthread(); //如果系统线程的打断标记是false，意味着还未被打断 if (!osthread->interrupted()) { //将系统线程的打断标记设为true osthread->set_interrupted(true); //这个涉及到内存屏障，本文不展开 OrderAccess::fence(); //这里获取一个_SleepEvent，并调用其unpark()方法 ParkEvent * const slp = thread->_SleepEvent ; if (slp != NULL) slp->unpark() ; } //这里依据JSR166标准，即使打断标记为true，依然要调用下面的2个unpark if (thread->is_Java_thread()) //如果是一个java线程，这里获取一个parker对象，并调用其unpark()方法 ((JavaThread*)thread)->parker()->unpark(); ParkEvent * ev = thread->_ParkEvent ; //这里获取一个_ParkEvent，并调用其unpark()方法 if (ev != NULL) ev->unpark() ;} |
这个方法中，首先判断线程的打断标志，如果为false，则将其设置为true
并且调用了3个对象的unpark()方法，一会儿介绍着3个对象的作用。
总而言之，线程打断的本质做了2件事情
1.将线程的打断标志设置为true
2.调用3个对象的unpark方法唤醒线程
三、ParkEvent对象的本质
在前面我们看到线程在调用interrupt方法的最底层其实是调用了thread中3个对象的unpark()方法，那么这3个对象究竟代表了什么呢，我们继续探究。
首先我们先看SleepEvent和ParkEvent对象，这2个对象的类型是相同的
查看thread.cpp，hotspot目录src/share/vm/runtime
找到SleepEvent和ParkEvent的定义，jvm已经给我们注释了，ParkEven是供synchronized()使用，SleepEvent是供Thread.sleep使用：
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ParkEvent * _ParkEvent; // for synchronized()ParkEvent * _SleepEvent; // for Thread.sleep |
查看park.hpp，hotspot目录src/share/vm/runtime
在头文件中能找到ParkEvent类的定义，继承自os::PlatformEvent，是一个和系统相关的的PlatformEvent：
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class ParkEvent : public os::PlatformEvent { ...} |
查看os_linux.hpp，hotspot目录src/os/linux/vm
以linux系统为例，在头文件中可以看到PlatformEvent的具体定义，我们只关注其中的重点：
首先是2个私有对象，一个pthread_mutex_t操作系统级别的信号量，一个pthread_cond_t操作系统级别的条件变量，这2个变量是一个数组，长度都是1，这些在后面会看到是如何使用的
其次是定义了3个方法，park()、unpark()、park(jlong millis)，控制线程的挂起和继续执行
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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目录src/os/linux/vm
接着我们就需要去看park和unpark方法的具体实现，并看看2个私有变量是如何被使用的
先看park()方法，这里我们主要关注3个系统底层方法的调用
pthread_mutex_lock(_mutex)：锁住信号量
status = pthread_cond_wait(_cond, _mutex)：释放信号量，并在条件变量上等待
status = pthread_mutex_unlock(_mutex)：释放信号量
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void os::PlatformEvent::park() { ... //锁住信号量 int status = pthread_mutex_lock(_mutex); while (_Event < 0) { //释放信号量，并在条件变量上等待 status = pthread_cond_wait(_cond, _mutex); } //释放信号量 status = pthread_mutex_unlock(_mutex);} |
这个方法其实非常好理解，就相当于：
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synchronize(obj){ obj.wait();} |
或者：
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ReentrantLock lock = new ReentrantLock();Condition condition = lock.newCondition();lock.lock();condition.wait();lock.unlock(); |
park(jlong millis)方法就不展示了，区别只是调用一个接受时间参数的等待方法。
所以park()方法底层其实是调用系统层面的锁和条件等待去挂起线程的
接着我们看unpark()方法，其中最重要的方法当然是
pthread_cond_signal(_cond)：唤醒条件变量
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void os::PlatformEvent::unpark() { ... if (AnyWaiters != 0) { //唤醒条件变量 status = pthread_cond_signal(_cond); } ...} |
所以unpark()方法底层其实是调用系统层面的唤醒条件变量达到唤醒线程的目的
四、Park()对象的本质
看完了2个ParkEvent对象的本质，那么接着我们还剩一个park()对象
查看thread.hpp，hotspot目录src/share/vm/runtime
park()对象的定义如下：
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public: Parker* parker() { return _parker; } |
查看park.hpp，hotspot目录src/share/vm/runtime
可以看到，它是继承自os::PlatformParker，和ParkEvent不同，下面可以看到，等待变量的数组长度变为了2，其中一个给相对时间使用，一个给绝对时间使用
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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目录src/os/linux/vm
还是先看park方法的实现，这个方法其实是对ParkEvent中的park方法的改良版，不过总体的逻辑还是没有变
最终还是调用pthread_cond_wait方法挂起线程
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void Parker::park(bool isAbsolute, jlong time) { ... if (time == 0) { //这里是直接长时间等待 _cur_index = REL_INDEX; status = pthread_cond_wait(&_cond[_cur_index], _mutex); } else { //这里会根据时间是否是绝对时间，分别等待在不同的条件上 _cur_index = isAbsolute ? ABS_INDEX : REL_INDEX; status = pthread_cond_timedwait(&_cond[_cur_index], _mutex, &absTime); } ...} |
最后看一下unpark方法，这里需要先获取一个正确的等待对象，然后通知即可：
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void Parker::unpark() { int status = pthread_mutex_lock(_mutex); ... //因为在等待的时候会有2个等待对象，所以需要先获取正确的索引 int index = _cur_index; ... status = pthread_mutex_unlock(_mutex); if (s < 1 && index != -1) { //唤醒线程 status = pthread_cond_signal(&_cond[index]); } ...} |
五、利用jni实现一个可以被打断的MyThread类
结合上一篇文章，我们利用jni实现一个自己可以被打断的简易MyThread类
首先定义MyThread.java
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import java.util.concurrent.TimeUnit;import java.time.LocalDateTime;public class MyThread { static { //设置查找路径为当前项目路径 System.setProperty("java.library.path", "."); //加载动态库的名称 System.loadLibrary("MyThread"); } public native void startAndPark(); public native void interrupt(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { MyThread thread = new MyThread(); //启动线程打印一段文字，并睡眠 thread.startAndPark(); //1秒后主线程打断子线程 TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000); System.out.println(LocalDateTime.now() + "：Main---准备打断线程"); //打断子线程 thread.interrupt(); System.out.println(LocalDateTime.now() + "：Main---打断完成"); }} |
执行命令编译MyThread.class文件并生成MyThread.h头文件
javac -h . MyThread.java
创建MyThread.c文件
当java代码调用startAndPark()方法的时候，创建了一个系统级别的线程，并调用pthread_cond_wait进行休眠
当java代码调用interrupt()方法的时候，会唤醒休眠中的线程
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#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; //打印时间void printTime(){ char strTm[50] = { 0 }; time_t currentTm; time(¤tTm); strftime(strTm, sizeof(strTm), "%x %X", localtime(¤tTm)); puts(strTm);}//子线程执行的方法void* thread_entity(void* arg){ printTime(); printf("MyThread---启动\n"); printTime(); printf("MyThread---准备休眠\n"); //阻塞线程，等待唤醒 pthread_cond_wait(&_cond, &_mutex); printTime(); printf("MyThread---休眠被打断\n");}//对应MyThread中的startAndPark方法JNIEXPORT void JNICALL Java_MyThread_startAndPark(JNIEnv *env, jobject c1){ //创建一个子线程 pthread_create(&pid, NULL, thread_entity, NULL);}//对应MyThread中的interrupt方法JNIEXPORT void JNICALL Java_MyThread_interrupt(JNIEnv *env, jobject c1){ //唤醒线程 pthread_cond_signal(&_cond);} |
执行命令创建动态链接库
gcc -dynamiclib -I /Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_241.jdk/Contents/Home/include MyThread.c -o libMyThread.jnilib
执行java的main方法，得到结果
子线程启动后进入睡眠，主线程1秒钟后打断子线程，完全符合我们的预期
2020/11/13 19时42分57秒
MyThread---启动
2020/11/13 19时42分57秒
MyThread---准备休眠
2020-11-13T19:42:58.891：Main---准备打断线程
2020/11/13 19时42分58秒
MyThread---休眠被打断
2020-11-13T19:42:58.891：Main---打断完成
六、总结
1.线程打断的本质做了2件事情：设置线程的打断标记，并调用线程3个Park对象的unpark()方法唤醒线程
2.线程挂起的本质是调用系统级别的pthread_cond_wait方法，使得等待在一个条件变量上
3.线程唤醒的本质是调用系统级别的pthread_cond_signal方法，唤醒等待的线程
4.通过实现一个自己的可以打断的线程类更好地理解线程打断的本质
以上就是分析JVM源码之Thread.interrupt系统级别线程打断的详细内容，更多关于JVM Thread.interrupt 系统级别线程打断的资料请关注服务器之家其它相关文章！
原文链接：https://www.cnblogs.com/tera/p/13976714.html
