前言
對(duì)于 InterruptedException，一種常見的處理方式是 “生吞（swallow）” 它 —— 捕捉它，然后什么也不做（或者記錄下它，不過這也好不到哪去）—— 就像后面的 清單 4 一樣。不幸的是，這種方法忽略了這樣一個(gè)事實(shí)：這期間可能發(fā)生中斷，而中斷可能導(dǎo)致應(yīng)用程序喪失及時(shí)取消活動(dòng)或關(guān)閉的能力。
阻塞方法
當(dāng)一個(gè)方法拋出 InterruptedException 時(shí)，它不僅告訴您它可以拋出一個(gè)特定的檢查異常，而且還告訴您其他一些事情。例如，它告訴您它是一個(gè)阻塞（blocking）方法，如果您響應(yīng)得當(dāng)?shù)脑挘鼘L試消除阻塞并盡早返回。
阻塞方法不同于一般的要運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間的方法。一般方法的完成只取決于它所要做的事情，以及是否有足夠多可用的計(jì)算資源（CPU 周期和內(nèi)存）。而阻塞方法的完成還取決于一些外部的事件，例如計(jì)時(shí)器到期，I/O 完成，或者另一個(gè)線程的動(dòng)作（釋放一個(gè)鎖，設(shè)置一個(gè)標(biāo)志，或者將一個(gè)任務(wù)放在一個(gè)工作隊(duì)列中）。一般方法在它們的工作做完后即可結(jié)束，而阻塞方法較難于預(yù)測(cè)，因?yàn)樗鼈內(nèi)Q于外部事件。阻塞方法可能影響響應(yīng)能力，因?yàn)殡y于預(yù)測(cè)它們何時(shí)會(huì)結(jié)束。
阻塞方法可能因?yàn)榈炔坏剿鹊氖录鵁o法終止，因此令阻塞方法可取消 就非常有用（如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的非阻塞方法是可取消的，那么通常也非常有用）。可取消操作是指能從外部使之在正常完成之前終止的操作。由 Thread 提供并受 Thread.sleep() 和 Object.wait() 支持的中斷機(jī)制就是一種取消機(jī)制；它允許一個(gè)線程請(qǐng)求另一個(gè)線程停止它正在做的事情。當(dāng)一個(gè)方法拋出 InterruptedException 時(shí)，它是在告訴您，如果執(zhí)行該方法的線程被中斷，它將嘗試停止它正在做的事情而提前返回，并通過拋出 InterruptedException 表明它提前返回。 行為良好的阻塞庫方法應(yīng)該能對(duì)中斷作出響應(yīng)并拋出 InterruptedException，以便能夠用于可取消活動(dòng)中，而不至于影響響應(yīng)。
線程中斷
每個(gè)線程都有一個(gè)與之相關(guān)聯(lián)的 Boolean 屬性，用于表示線程的中斷狀態(tài)（interrupted status）。中斷狀態(tài)初始時(shí)為 false；當(dāng)另一個(gè)線程通過調(diào)用 Thread.interrupt() 中斷一個(gè)線程時(shí)，會(huì)出現(xiàn)以下兩種情況之一。如果那個(gè)線程在執(zhí)行一個(gè)低級(jí)可中斷阻塞方法，例如 Thread.sleep()、 Thread.join() 或 Object.wait()，那么它將取消阻塞并拋出 InterruptedException。否則， interrupt() 只是設(shè)置線程的中斷狀態(tài)。 在被中斷線程中運(yùn)行的代碼以后可以輪詢中斷狀態(tài)，看看它是否被請(qǐng)求停止正在做的事情。中斷狀態(tài)可以通過 Thread.isInterrupted() 來讀取，并且可以通過一個(gè)名為 Thread.interrupted() 的操作讀取和清除。
中斷是一種協(xié)作機(jī)制。當(dāng)一個(gè)線程中斷另一個(gè)線程時(shí)，被中斷的線程不一定要立即停止正在做的事情。相反，中斷是禮貌地請(qǐng)求另一個(gè)線程在它愿意并且方便的時(shí)候停止它正在做的事情。有些方法，例如 Thread.sleep()，很認(rèn)真地對(duì)待這樣的請(qǐng)求，但每個(gè)方法不是一定要對(duì)中斷作出響應(yīng)。對(duì)于中斷請(qǐng)求，不阻塞但是仍然要花較長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行的方法可以輪詢中斷狀態(tài)，并在被中斷的時(shí)候提前返回。 您可以隨意忽略中斷請(qǐng)求，但是這樣做的話會(huì)影響響應(yīng)。
中斷的協(xié)作特性所帶來的一個(gè)好處是，它為安全地構(gòu)造可取消活動(dòng)提供更大的靈活性。我們很少希望一個(gè)活動(dòng)立即停止；如果活動(dòng)在正在進(jìn)行更新的時(shí)候被取消，那么程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能處于不一致狀態(tài)。中斷允許一個(gè)可取消活動(dòng)來清理正在進(jìn)行的工作，恢復(fù)不變量，通知其他活動(dòng)它要被取消，然后才終止。
處理 InterruptedException
如果拋出 InterruptedException 意味著一個(gè)方法是阻塞方法，那么調(diào)用一個(gè)阻塞方法則意味著您的方法也是一個(gè)阻塞方法，而且您應(yīng)該有某種策略來處理 InterruptedException。通常最容易的策略是自己拋出 InterruptedException，如清單 1 中 putTask() 和 getTask() 方法中的代碼所示。 這樣做可以使方法對(duì)中斷作出響應(yīng)，并且只需將 InterruptedException 添加到 throws 子句。
清單 1. 不捕捉 InterruptedException，將它傳播給調(diào)用者
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public class TaskQueue { private static final int MAX_TASKS = 1000; private BlockingQueue<Task> queue = new LinkedBlockingQueue<Task>(MAX_TASKS); public void putTask(Task r) throws InterruptedException { queue.put(r); } public Task getTask() throws InterruptedException { return queue.take(); }} |
有時(shí)候需要在傳播異常之前進(jìn)行一些清理工作。在這種情況下，可以捕捉 InterruptedException，執(zhí)行清理，然后拋出異常。清單 2 演示了這種技術(shù)，該代碼是用于匹配在線游戲服務(wù)中的玩家的一種機(jī)制。 matchPlayers() 方法等待兩個(gè)玩家到來，然后開始一個(gè)新游戲。如果在一個(gè)玩家已到來，但是另一個(gè)玩家仍未到來之際該方法被中斷，那么它會(huì)將那個(gè)玩家放回隊(duì)列中，然后重新拋出 InterruptedException，這樣那個(gè)玩家對(duì)游戲的請(qǐng)求就不至于丟失。
清單 2. 在重新拋出 InterruptedException 之前執(zhí)行特定于任務(wù)的清理工作
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public class PlayerMatcher { private PlayerSource players; public PlayerMatcher(PlayerSource players) { this.players = players; } public void matchPlayers() throws InterruptedException { try { Player playerOne, playerTwo; while (true) { playerOne = playerTwo = null; // Wait for two players to arrive and start a new game playerOne = players.waitForPlayer(); // could throw IE playerTwo = players.waitForPlayer(); // could throw IE startNewGame(playerOne, playerTwo); } } catch (InterruptedException e) { // If we got one player and were interrupted, put that player back if (playerOne != null) players.addFirst(playerOne); // Then propagate the exception throw e; } }} |
不要生吞中斷
有時(shí)候拋出 InterruptedException 并不合適，例如當(dāng)由 Runnable 定義的任務(wù)調(diào)用一個(gè)可中斷的方法時(shí)，就是如此。在這種情況下，不能重新拋出 InterruptedException，但是您也不想什么都不做。當(dāng)一個(gè)阻塞方法檢測(cè)到中斷并拋出 InterruptedException 時(shí)，它清除中斷狀態(tài)。如果捕捉到 InterruptedException 但是不能重新拋出它，那么應(yīng)該保留中斷發(fā)生的證據(jù)，以便調(diào)用棧中更高層的代碼能知道中斷，并對(duì)中斷作出響應(yīng)。該任務(wù)可以通過調(diào)用 interrupt() 以 “重新中斷” 當(dāng)前線程來完成，如清單 3 所示。至少，每當(dāng)捕捉到 InterruptedException 并且不重新拋出它時(shí)，就在返回之前重新中斷當(dāng)前線程。
清單 3. 捕捉 InterruptedException 后恢復(fù)中斷狀態(tài)
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public class TaskRunner implements Runnable { private BlockingQueue<Task> queue; public TaskRunner(BlockingQueue<Task> queue) { this.queue = queue; } public void run() { try { while (true) { Task task = queue.take(10, TimeUnit.SECONDS); task.execute(); } } catch (InterruptedException e) { // Restore the interrupted status Thread.currentThread().interrupt(); } }} |
處理 InterruptedException 時(shí)采取的最糟糕的做法是生吞它 —— 捕捉它，然后既不重新拋出它，也不重新斷言線程的中斷狀態(tài)。對(duì)于不知如何處理的異常，最標(biāo)準(zhǔn)的處理方法是捕捉它，然后記錄下它，但是這種方法仍然無異于生吞中斷，因?yàn)檎{(diào)用棧中更高層的代碼還是無法獲得關(guān)于該異常的信息。（僅僅記錄 InterruptedException 也不是明智的做法，因?yàn)榈鹊饺藖碜x取日志的時(shí)候，再來對(duì)它作出處理就為時(shí)已晚了。） 清單 4 展示了一種使用得很廣泛的模式，這也是生吞中斷的一種模式：
清單 4. 生吞中斷 —— 不要這么做
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// Don't do this public class TaskRunner implements Runnable { private BlockingQueue<Task> queue; public TaskRunner(BlockingQueue<Task> queue) { this.queue = queue; } public void run() { try { while (true) { Task task = queue.take(10, TimeUnit.SECONDS); task.execute(); } } catch (InterruptedException swallowed) { /* DON'T DO THIS - RESTORE THE INTERRUPTED STATUS INSTEAD */ } }} |
如果不能重新拋出 InterruptedException，不管您是否計(jì)劃處理中斷請(qǐng)求，仍然需要重新中斷當(dāng)前線程，因?yàn)橐粋€(gè)中斷請(qǐng)求可能有多個(gè) “接收者”。標(biāo)準(zhǔn)線程池 （ThreadPoolExecutor）worker 線程實(shí)現(xiàn)負(fù)責(zé)中斷，因此中斷一個(gè)運(yùn)行在線程池中的任務(wù)可以起到雙重效果，一是取消任務(wù)，二是通知執(zhí)行線程線程池正要關(guān)閉。如果任務(wù)生吞中斷請(qǐng)求，則 worker 線程將不知道有一個(gè)被請(qǐng)求的中斷，從而耽誤應(yīng)用程序或服務(wù)的關(guān)閉。
實(shí)現(xiàn)可取消任務(wù)
語言規(guī)范中并沒有為中斷提供特定的語義，但是在較大的程序中，難于維護(hù)除取消外的任何中斷語義。取決于是什么活動(dòng)，用戶可以通過一個(gè) GUI 或通過網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，例如 JMX 或 Web 服務(wù)來請(qǐng)求取消。程序邏輯也可以請(qǐng)求取消。例如，一個(gè) Web 爬行器（crawler）如果檢測(cè)到磁盤已滿，它會(huì)自動(dòng)關(guān)閉自己，否則一個(gè)并行算法會(huì)啟動(dòng)多個(gè)線程來搜索解決方案空間的不同區(qū)域，一旦其中一個(gè)線程找到一個(gè)解決方案，就取消那些線程。
僅僅因?yàn)橐粋€(gè)任務(wù)是可取消的，并不意味著需要立即 對(duì)中斷請(qǐng)求作出響應(yīng)。對(duì)于執(zhí)行一個(gè)循環(huán)中的代碼的任務(wù)，通常只需為每一個(gè)循環(huán)迭代檢查一次中斷。取決于循環(huán)執(zhí)行的時(shí)間有多長(zhǎng)，任何代碼可能要花一些時(shí)間才能注意到線程已經(jīng)被中斷（或者是通過調(diào)用 Thread.isInterrupted() 方法輪詢中斷狀態(tài)，或者是調(diào)用一個(gè)阻塞方法）。 如果任務(wù)需要提高響應(yīng)能力，那么它可以更頻繁地輪詢中斷狀態(tài)。阻塞方法通常在入口就立即輪詢中斷狀態(tài)，并且，如果它被設(shè)置來改善響應(yīng)能力，那么還會(huì)拋出 InterruptedException。
惟一可以生吞中斷的時(shí)候是您知道線程正要退出。只有當(dāng)調(diào)用可中斷方法的類是 Thread 的一部分，而不是 Runnable 或通用庫代碼的情況下，才會(huì)發(fā)生這樣的場(chǎng)景，清單 5 演示了這種情況。清單 5 創(chuàng)建一個(gè)線程，該線程列舉素?cái)?shù)，直到被中斷，這里還允許該線程在被中斷時(shí)退出。用于搜索素?cái)?shù)的循環(huán)在兩個(gè)地方檢查是否有中斷：一處是在 while 循環(huán)的頭部輪詢 isInterrupted() 方法，另一處是調(diào)用阻塞方法 BlockingQueue.put()。
清單 5. 如果知道線程正要退出的話，則可以生吞中斷
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public 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) { /* Allow thread to exit */ } } public void cancel() { interrupt(); }} |
不可中斷的阻塞方法
并非所有的阻塞方法都拋出 InterruptedException。輸入和輸出流類會(huì)阻塞等待 I/O 完成，但是它們不拋出 InterruptedException，而且在被中斷的情況下也不會(huì)提前返回。然而，對(duì)于套接字 I/O，如果一個(gè)線程關(guān)閉套接字，則那個(gè)套接字上的阻塞 I/O 操作將提前結(jié)束，并拋出一個(gè) SocketException。java.nio 中的非阻塞 I/O 類也不支持可中斷 I/O，但是同樣可以通過關(guān)閉通道或者請(qǐng)求 Selector 上的喚醒來取消阻塞操作。類似地，嘗試獲取一個(gè)內(nèi)部鎖的操作（進(jìn)入一個(gè) synchronized 塊）是不能被中斷的，但是 ReentrantLock 支持可中斷的獲取模式。
不可取消的任務(wù)
有些任務(wù)拒絕被中斷，這使得它們是不可取消的。但是，即使是不可取消的任務(wù)也應(yīng)該嘗試保留中斷狀態(tài)，以防在不可取消的任務(wù)結(jié)束之后，調(diào)用棧上更高層的代碼需要對(duì)中斷進(jìn)行處理。清單 6 展示了一個(gè)方法，該方法等待一個(gè)阻塞隊(duì)列，直到隊(duì)列中出現(xiàn)一個(gè)可用項(xiàng)目，而不管它是否被中斷。為了方便他人，它在結(jié)束后在一個(gè) finally 塊中恢復(fù)中斷狀態(tài)，以免剝奪中斷請(qǐng)求的調(diào)用者的權(quán)利。（它不能在更早的時(shí)候恢復(fù)中斷狀態(tài)，因?yàn)槟菍?dǎo)致無限循環(huán) —— BlockingQueue.take() 將在入口處立即輪詢中斷狀態(tài)，并且，如果發(fā)現(xiàn)中斷狀態(tài)集，就會(huì)拋出 InterruptedException。）
清單 6. 在返回前恢復(fù)中斷狀態(tài)的不可取消任務(wù)
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public Task getNextTask(BlockingQueue<Task> queue) { boolean interrupted = false; try { while (true) { try { return queue.take(); } catch (InterruptedException e) { interrupted = true; // fall through and retry } } } finally { if (interrupted) Thread.currentThread().interrupt(); }} |
總結(jié)
您可以用 Java 平臺(tái)提供的協(xié)作中斷機(jī)制來構(gòu)造靈活的取消策略。各活動(dòng)可以自行決定它們是可取消的還是不可取消的，以及如何對(duì)中斷作出響應(yīng)，如果立即返回會(huì)危害應(yīng)用程序完整性的話，它們還可以推遲中斷。即使您想在代碼中完全忽略中斷，也應(yīng)該確保在捕捉到 InterruptedException 但是沒有重新拋出它的情況下，恢復(fù)中斷狀態(tài)，以免調(diào)用它的代碼無法獲知中斷的發(fā)生。以上就是Java處理InterruptedException異常的理論與實(shí)踐的全部?jī)?nèi)容，希望本文對(duì)大家有所幫助，如果有疑問歡迎大家留言進(jìn)行討論。
