线程如何停止？线程之间如何协作？线程之间的异常如何处理？

辈霖利 · 3 小时前

线程停止

stop方法

stop 方法虽然可以停止线程，但它已经是不建议使用的废弃方法了，这一点可以通过 Thread 类中的源码发现，stop 源码如下：

stop 方法是被 @Deprecated 修饰的不建议使用的过期方法，并且在注释的第一句话就说明了 stop 方法为非安全的方法。
原因在于它在终止一个线程时会强制中断线程的执行，不管run方法是否执行完了，并且还会释放这个线程所持有的所有的锁对象。这一现象会被其它因为请求锁而阻塞的线程看到，使他们继续向下执行。这就会造成数据的不一致。
比如银行转账，从A账户向B账户转账500元，这一过程分为三步，第一步是从A账户中减去500元，假如到这时线程就被stop了，那么这个线程就会释放它所取得锁，然后其他的线程继续执行，这样A账户就莫名其妙的少了500元而B账户也没有收到钱。这就是stop方法的不安全性。
设置标志位

如果线程的run方法中执行的是一个重复执行的循环，可以提供一个标记来控制循环是否继续

class FlagThread extends Thread {
// 自定义中断标识符
public volatile boolean isInterrupt = false;
@Override
public void run() {
// 如果为 true -> 中断执行
while (!isInterrupt) {
// 业务逻辑处理
}
}
}

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但自定义中断标识符的问题在于：线程中断的不够及时。因为线程在执行过程中，无法调用 while(!isInterrupt) 来判断线程是否为终止状态，它只能在下一轮运行时判断是否要终止当前线程，所以它中断线程不够及时，比如以下代码：

class InterruptFlag {
// 自定义的中断标识符
private static volatile boolean isInterrupt = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建可中断的线程实例
Thread thread = new Thread(() -> {
while (!isInterrupt) { // 如果 isInterrupt=true 则停止线程
System.out.println("thread 执行步骤1：线程即将进入休眠状态");
try {
// 休眠 1s
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("thread 执行步骤2：线程执行了任务");
}
});
thread.start(); // 启动线程
// 休眠 100ms，等待 thread 线程运行起来
Thread.sleep(100);
System.out.println("主线程：试图终止线程 thread");
// 修改中断标识符，中断线程
isInterrupt = true;
}
}

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输出：我们期望的是：线程执行了步骤 1 之后，收到中断线程的指令，然后就不要再执行步骤 2 了，但从上述执行结果可以看出，使用自定义中断标识符是没办法实现我们预期的结果的，这就是自定义中断标识符，响应不够及时的问题。

interrupted中断

这种方式需要在while循环中判断使用
使用 interrupt 方法可以给执行任务的线程，发送一个中断线程的指令，它并不直接中断线程，而是发送一个中断线程的信号，把是否正在中断线程的主动权交给代码编写者。相比于自定义中断标识符而然，它能更及时的接收到中断指令，如下代码所示：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建可中断的线程实例
Thread thread = new Thread(() -> {
while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
System.out.println("thread 执行步骤1：线程即将进入休眠状态");
try {
// 休眠 1s
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("thread 线程接收到中断指令，执行中断操作");
// 中断当前线程的任务执行
break;
}
System.out.println("thread 执行步骤2：线程执行了任务");
}
});
thread.start(); // 启动线程
// 休眠 100ms，等待 thread 线程运行起来
Thread.sleep(100);
System.out.println("主线程：试图终止线程 thread");
// 修改中断标识符，中断线程
thread.interrupt();
}

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输出：

从上述结果可以看出，线程在接收到中断指令之后，立即中断了线程，相比于上一种自定义中断标识符的方法来说，它能更及时的响应中断线程指令。
利用interruptedException

这种方式不需要在while循环中判断使用
如果线程因为执行join()，sleep或者wait()而进入阻塞状态，此时想要停止它，可以调用interrupt()，程序会抛出interruptedException异常。可以利用这个异常终止线程

public void run() {
System.out.println(this.getName() + "start");
int i=0;
//while (!Thread.interrupted()){
while (!Thread.currentThread().isInterrupted()){
try {
Thread.sleep(10000);
} catch (InterruptedException e) {
//e.printStackTrace();
System.out.println("中断线程");
break;//通过识别到异常来中断
}
System.out.println(this.getName() + " "+ i);
i++;
}
System.out.println(this.getName() + "end");
}

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Executor 的中断操作

调用 Executor 的 shutdown() 方法会等待线程都执行完毕之后再关闭，但是如果调用的是 shutdownNow() 方法，则相当于调用每个线程的 interrupt() 方法。
以下使用 Lambda 创建线程，相当于创建了一个匿名内部线程。

public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
executorService.execute(() -> {
try {
Thread.sleep(2000);
System.out.println("Thread run");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
executorService.shutdownNow();
System.out.println("Main run");
}

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Main run
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
at ExecutorInterruptExample.lambda$main$0(ExecutorInterruptExample.java:9)
at ExecutorInterruptExample$$Lambda$1/1160460865.run(Unknown Source)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1142)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:617)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

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如果只想中断 Executor 中的一个线程，可以通过使用 submit() 方法来提交一个线程，它会返回一个 Future 对象，通过调用该对象的 cancel(true) 方法就可以中断线程。

Future<?> future = executorService.submit(() -> {
// ..
});
future.cancel(true);

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线程之间的协作

当多个线程可以一起工作去解决某个问题时，如果某些部分必须在其它部分之前完成，那么就需要对线程进行协调。
join()

案例

在线程中调用另一个线程的 join() 方法，会将当前线程挂起，而不是忙等待，直到目标线程结束。
对于以下代码，虽然 b 线程先启动，但是因为在 b 线程中调用了 a 线程的 join() 方法，b 线程会等待 a 线程结束才继续执行，因此最后能够保证 a 线程的输出先于 b 线程的输出。

public class JoinExample {
private class A extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("A");
}
}
private class B extends Thread {
private A a;
B(A a) {
this.a = a;
}
@Override
public void run() {
try {
a.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("B");
}
}
public void test() {
A a = new A();
B b = new B(a);
b.start();
a.start();
}
}

复制代码

public static void main(String[] args) {
JoinExample example = new JoinExample();
example.test();
}

复制代码

A
B

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原理

public final synchronized void join(long millis)
throws InterruptedException {
long base = System.currentTimeMillis();
long now = 0;
if (millis < 0) {
throw new IllegalArgumentException("timeout value is negative");
}
if (millis == 0) {
while (isAlive()) {//检查线程是否存活，只要线程还没结束，主线程就会一直阻塞
wait(0);//这里的wait调用的本地方法。
}
} else {//等待一段指定的时间
while (isAlive()) {
long delay = millis - now;
if (delay <= 0) {
break;
}
wait(delay);
now = System.currentTimeMillis() - base;
}
}
}

复制代码

其实是jvm虚拟机中存在方法lock.notify_all(thread)，在t1线程结束以后，会调用该方法，最后唤醒主线程。
所以简化一下，流程即：

wait() notify() notifyAll()

调用 wait() 使得线程等待某个条件满足，线程在等待时会被挂起，当其他线程的运行使得这个条件满足时，其它线程会调用 notify() 或者 notifyAll() 来唤醒挂起的线程。
它们都属于 Object 的一部分，而不属于 Thread。
只能用在同步方法synchronized或者同步控制块中使用，否则会在运行时抛出 IllegalMonitorStateExeception。
使用 wait() 挂起期间，线程会释放锁。这是因为，如果没有释放锁，那么其它线程就无法进入对象的同步方法或者同步控制块中，那么就无法执行 notify() 或者 notifyAll() 来唤醒挂起的线程，造成死锁。

public final void join(long millis){
synchronized(this){
//代码块
}
}

复制代码

//t1.join()前的代码
synchronized (t1) {
// 调用者线程进入 t1 的 waitSet 等待, 直到 t1 运行结束
while (t1.isAlive()) {
t1.wait(0);
}
}
//t1.join()后的代码

复制代码

static void ensure_join(JavaThread* thread) {
Handle threadObj(thread, thread->threadObj());
ObjectLocker lock(threadObj, thread);
hread->clear_pending_exception();
//这一句中的TERMINATED表示这是线程结束以后运行的
java_lang_Thread::set_thread_status(threadObj(), java_lang_Thread::TERMINATED);
//这里会清楚native线程，isAlive()方法会返回false
java_lang_Thread::set_thread(threadObj(), NULL);
//thread就是当前线程，调用这个方法唤醒等待的线程。
lock.notify_all(thread);
hread->clear_pending_exception();
}

复制代码

wait() 和 sleep() 的区别

wait() 是 Object 的方法，而 sleep() 是 Thread 的静态方法；
wait() 会释放锁，sleep() 不会。

await() signal() signalAll()

java.util.concurrent 类库中提供了 Condition 类来实现线程之间的协调，可以在 Condition 上调用 await() 方法使线程等待，其它线程调用 signal() 或 signalAll() 方法唤醒等待的线程。相比于 wait() 这种等待方式，await() 可以指定等待的条件，因此更加灵活。
使用 Lock 来获取一个 Condition 对象。

public class WaitNotifyExample {
public synchronized void before() {
System.out.println("before");
notifyAll();
}
public synchronized void after() {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("after");
}
}

复制代码

public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
WaitNotifyExample example = new WaitNotifyExample();
executorService.execute(() -> example.after());
executorService.execute(() -> example.before());
}

复制代码

static void ensure_join(JavaThread* thread) {
Handle threadObj(thread, thread->threadObj());
ObjectLocker lock(threadObj, thread);
hread->clear_pending_exception();
//这一句中的TERMINATED表示这是线程结束以后运行的
java_lang_Thread::set_thread_status(threadObj(), java_lang_Thread::TERMINATED);
//这里会清楚native线程，isAlive()方法会返回false
java_lang_Thread::set_thread(threadObj(), NULL);
//thread就是当前线程，调用这个方法唤醒等待的线程。
lock.notify_all(thread);
hread->clear_pending_exception();
}

复制代码

线程中的异常处理

Runnable中异常如何被吞掉

Runnable 接口的 run() 方法不允许抛出任何被检查的异常（checked exceptions），只能处理或抛出运行时异常（unchecked exceptions）。当在 run() 方法内发生异常时，如果没有显式地捕获和处理这些异常，它们通常会在执行该 Runnable 的线程中被“吞掉”，即异常会导致线程终止，但不会影响其他线程的执行。

public class AwaitSignalExample {
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition condition = lock.newCondition();
public void before() {
lock.lock();
try {
System.out.println("before");
condition.signalAll();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void after() {
lock.lock();
try {
condition.await();
System.out.println("after");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}

复制代码

解决方案：

在run方法中显示的捕获异常
1. public static void main(String[] args) {
2. ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
3. AwaitSignalExample example = new AwaitSignalExample();
4. executorService.execute(() -> example.after());
5. executorService.execute(() -> example.before());
6. }
复制代码
为创建的线程设置一个UncaughtExceptionHandler
1. before
2. after
复制代码
使用Callable代替Runnable，Callable的call方法允许抛出异常，然后可以通过提交给ExecutorService返回的Future来捕获和处理这些异常
1. public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
2. if (parent != null) {
3. parent.uncaughtException(t, e);
4. } else {
5. Thread.UncaughtExceptionHandler ueh =
6. Thread.getDefaultUncaughtExceptionHandler();
7. if (ueh != null) {
8. ueh.uncaughtException(t, e);
9. } else if (!(e instanceof ThreadDeath)) {
10. System.err.print("Exception in thread ""
11. + t.getName() + "" ");
12. e.printStackTrace(System.err);
13. }
14. }
15. }
复制代码

Callable中异常如何被吞掉

public void run() {
try {
// 可能抛出异常的代码
} catch (Exception e) {
// 记录日志或处理异常
throw new RuntimeException(e);
}
}

复制代码

运行结果

Thread t = new Thread(() -> {
int i = 1 / 0;
}, "t1");
t.setUncaughtExceptionHandler(new Thread.UncaughtExceptionHandler() {
@Override
public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
logger.error('---', e);
}
});

复制代码

源码如下：

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
Future<?> future = executor.submit(() -> {
// 可能抛出异常的代码
});
try {
future.get(); // 这里会捕获到Callable中的异常
} catch (ExecutionException e) {
Throwable cause = e.getCause(); // 获取原始异常
}

复制代码

RunableFuture 是个接口，但是它继承了Runnable 接口，实现类是 FutureTask ，因此就需要看下 FutureTask里的run方法是不是和构造时的Callable 有关系：

class MyCallable implements Callable<String> {
@Override
public String call() throws Exception {
System.out.println("===> 开始执行callable");
int i = 1 / 0; //异常的地方
return "callable的结果";
}
}
public class CallableAndRunnableTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(" =========> main start ");
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 1, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(100));
Future<String> submit = threadPoolExecutor.submit(new MyCallable());
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(" =========> main end ");
}
}

复制代码

接下来就要看，如果存储正常结果的set(result)方法和存储异常结果的 setException(ex) 方法

=========> main start
===> 开始执行callable
=========> main end

复制代码

这两个代码都做了一个操作，就是将正常结果result 和异常结果 exception 都赋值给了 outcome 这个变量。
接着再看下future的get方法

public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
execute(ftask);
return ftask;
}
protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {
return new FutureTask<T>(callable);
}

复制代码

因此可以通过get方法获取到异常结果

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