Java没有提供任何机制来安全地终止线程，虽然Thread.stop和suspend等方法提供了这样的机制，但是存在严重的缺陷，应该避免使用这些方法。但是Java提供了中断Interruption机制，这是一种协作机制，能够使一个线程终止另一个线程的当前工作。

这种协作方式是必要的，我们很少希望某个任务线程或者服务立即停止，因为这种立即停止会时某个共享的数据结构处于不一致的状态。相反，在编写任务和服务的时候可以使用一种协作方式：当需要停止的时候，它们会先清除当前正在执行的工作，然后再结束。

7.1  任务取消

如果外部代码能够在某个操作正常完成之前将其置于 完成 状态，那么这个操作就可以称为可取消的Cancellable

其中一种协作机制是设置一个取消标志Cancellation Requested标志，而任务定期查看该标志。

Java代码  

1. @ThreadSafe  
2. public class PrimeGenerator implements Runnable {  
3.     private static ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();  
4.   
5.     @GuardedBy("this")  
6.     private final List<BigInteger> primes = new ArrayList<BigInteger>();  
7.     private volatile boolean cancelled;  
8.   
9.     public void run() {  
10.         BigInteger p = BigInteger.ONE;  
11.         while (!cancelled) {  
12.             p = p.nextProbablePrime();  
13.             synchronized (this) {  
14.                 primes.add(p);  
15.             }  
16.         }  
17.     }  
18.   
19.     public void cancel() {  
20.         cancelled = true;  
21.     }  
22.   
23.     public synchronized List<BigInteger> get() {  
24.         return new ArrayList<BigInteger>(primes);  
25.     }  
26.   
27.     static List<BigInteger> aSecondOfPrimes() throws InterruptedException {  
28.         PrimeGenerator generator = new PrimeGenerator();  
29.         exec.execute(generator);  
30.         try {  
31.             SECONDS.sleep(1);  
32.         } finally {  
33.             generator.cancel();  
34.         }  
35.         return generator.get();  
36.     }  
37. }  

 在Java的API或语言规范中，并没有将中断与任何语义关联起来，但实际上，如果在取消之外的其他操作中使用中断，那么都是不合适的，并且很难支撑起更大的应用。

每个线程都有一个boolean类型的中断状态。但中断线程时，这个线程的中断状态将被设置成true。

Thread中的三个方法：

public void interrupt()   中断一个线程

public boolean isInterrupted()  获取中断标志，判断是否中断

public static boolean interrupted()  清楚中断状态，并返回它之前的状态值

线程在阻塞状态下发生中断的时候会抛出InterruptedException，例如Thread.sleep(), Thread.wait(), Thread.join()等方法。

当线程在非阻塞状态下中断的时候，它的中断状态将被设置，然后根据检查中断状态来判断是否中断。

调用interrupt并不意味着立即停止目标线程正在进行的工作，而只是传递了请求中断的消息，换句话说，仅仅修改了线程的isInterrupted标志字段。

通常，中断时实现取消的最合理方式。

Java代码  

1. public class PrimeProducer extends Thread {  
2.     private final BlockingQueue<BigInteger> queue;  
3.   
4.     PrimeProducer(BlockingQueue<BigInteger> queue) {  
5.         this.queue = queue;  
6.     }  
7.   
8.     public void run() {  
9.         try {  
10.             BigInteger p = BigInteger.ONE;  
11.             while (!Thread.currentThread().isInterrupted())  
12.                 queue.put(p = p.nextProbablePrime());  
13.         } catch (InterruptedException consumed) {  
14.             /* Allow thread to exit */  
15.         }  
16.     }  
17.   
18.     public void cancel() {  
19.         interrupt();  
20.     }  
21. }  

7.1.3  响应中断

只有实现了线程中断策略的代码才可以屏蔽中断请求，在常规任务和库代码中都不应该屏蔽中断请求。

两种方法响应中断:

Java代码  

1. public class NoncancelableTask {  
2.     public Task getNextTask(BlockingQueue<Task> queue) {  
3.         boolean interrupted = false;  
4.         try {  
5.             while (true) {  
6.                 try {  
7.                     return queue.take();  
8.                 } catch (InterruptedException e) {  
9.                     interrupted = true;  
10.                     // fall through and retry  
11.                 }  
12.             }  
13.         } finally {  
14.             if (interrupted)  
15.                 Thread.currentThread().interrupt();  
16.         }  
17.     }  
18.   
19.     interface Task {  
20.     }  
21. }  

 

Java代码  

1. public class TimedRun {  
2.     private static final ExecutorService taskExec = Executors.newCachedThreadPool();  
3.   
4.     public static void timedRun(Runnable r, long timeout, TimeUnit unit)  
5.             throws InterruptedException {  
6.         Future<?> task = taskExec.submit(r);  
7.         try {  
8.             task.get(timeout, unit);  
9.         } catch (TimeoutException e) {  
10.             // task will be cancelled below  
11.         } catch (ExecutionException e) {  
12.             // exception thrown in task; rethrow  
13.             throw launderThrowable(e.getCause());  
14.         } finally {  
15.             // Harmless if task already completed  
16.             task.cancel(true); // interrupt if running  
17.         }  
18.     }  
19. }  

 

 

Java代码  

1. public abstract class SocketUsingTask<T> implements CancellableTask<T> {  
2.     @GuardedBy("this")  
3.     private Socket socket;  
4.   
5.     protected synchronized void setSocket(Socket s) {  
6.         socket = s;  
7.     }  
8.   
9.     public synchronized void cancel() {  
10.         try {  
11.             if (socket != null)  
12.                 socket.close();  
13.         } catch (IOException ignored) {  
14.         }  
15.     }  
16.   
17.     public RunnableFuture<T> newTask() {  
18.         return new FutureTask<T>(this) {  
19.             public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {  
20.                 try {  
21.                     SocketUsingTask.this.cancel();  
22.                 } finally {  
23.                     return super.cancel(mayInterruptIfRunning);  
24.                 }  
25.             }  
26.         };  
27.     }  
28. }  
29.   
30.   
31. interface CancellableTask<T> extends Callable<T> {  
32.     void cancel();  
33.   
34.     RunnableFuture<T> newTask();  
35. }  

 

 7.2  停止基于线程的服务

应用程序通常会创建拥有多个线程的服务，如果应用程序准备退出，那么这些服务所拥有的线程也需要正确的结束，由于java没有抢占式方法停止线程，因此需要它们自行结束。

正确的封装原则是：除非拥有某个线程，否则不要对该线程进行操控，例如中断线程或者修改优先级等。

线程有个相应的所有者，即创建该线程的类，因此线程池是其工作者线程的所有者，如果要中断线程，那么应该使用线程池去中断。

线程的所有权是不可传递的。服务应该提供生命周期方法Lifecycle Method来关闭它自己以及它所拥有的线程。这样当应用程序关闭该服务的时候，服务就可以关闭所有的线程了。在ExecutorService中提供了shutdown和shutdownNow等方法，同样，在其他拥有线程的服务方法中也应该提供类似的关闭机制。

Tips：对于持有线程的服务，只要服务的存在时间大于创建线程的方法的存在时间，那么就应该提供生命周期方法。

7.2.1  示例：日志服务

我们通常会在应用程序中加入log信息，一般用的框架就是log4j。但是这种内联的日志功能会给一些高容量Highvolume应用程序带来一定的性能开销。另外一种替代方法是通过调用log方法将日志消息放入某个队列中，并由其他线程来处理。

Java代码  

1. public class LogService {  
2.     private final BlockingQueue<String> queue;  
3.     private final LoggerThread loggerThread;  
4.     private final PrintWriter writer;  
5.     @GuardedBy("this")  
6.     private boolean isShutdown;  
7.     @GuardedBy("this")  
8.     private int reservations;  
9.   
10.     public LogService(Writer writer) {  
11.         this.queue = new LinkedBlockingQueue<String>();  
12.         this.loggerThread = new LoggerThread();  
13.         this.writer = new PrintWriter(writer);  
14.     }  
15.   
16.     public void start() {  
17.         loggerThread.start();  
18.     }  
19.   
20.     public void stop() {  
21.         synchronized (this) {  
22.             isShutdown = true;  
23.         }  
24.         loggerThread.interrupt();  
25.     }  
26.   
27.     public void log(String msg) throws InterruptedException {  
28.         synchronized (this) {  
29.             if (isShutdown)  
30.                 throw new IllegalStateException(/*...*/);  
31.             ++reservations;  
32.         }  
33.         queue.put(msg);  
34.     }  
35.   
36.     private class LoggerThread extends Thread {  
37.         public void run() {  
38.             try {  
39.                 while (true) {  
40.                     try {  
41.                         synchronized (LogService.this) {  
42.                             if (isShutdown && reservations == 0)  
43.                                 break;  
44.                         }  
45.                         String msg = queue.take();  
46.                         synchronized (LogService.this) {  
47.                             --reservations;  
48.                         }  
49.                         writer.println(msg);  
50.                     } catch (InterruptedException e) { /* retry */  
51.                     }  
52.                 }  
53.             } finally {  
54.                 writer.close();  
55.             }  
56.         }  
57.     }  
58. }  

7.2.2  通过ExecutorService去关闭

简单的程序可以直接在main函数中启动和关闭全局的ExecutorService，而在复杂程序中，通常会将ExecutorService封装在某个更高级别的服务中，并且该服务提供自己的生命周期方法。下面我们利用ExecutorService重构上面的日志服务：

Java代码  

1. public class LogService {  
2.     public void stop() throws InterruptedException {  
3.         try {  
4.             exec.shutdown(); exec.awaitTermination(TIMEOUT, UNIT);  
5.         }  
6.     }  
7. }  

7.2.3  利用Poison Pill对象关闭Producer-Consumer服务

7.2.5  当关闭线程池的时候，保存尚未开始的和开始后取消的任务数据，以备后面重新处理，下面是一个网页爬虫程序，关闭爬虫服务的时候将记录所有尚未开始的和已经取消的所有页面URL：

Java代码  

1. public abstract class WebCrawler {  
2.     private volatile TrackingExecutor exec;  
3.     @GuardedBy("this")  
4.     private final Set<URL> urlsToCrawl = new HashSet<URL>();  
5.   
6.     private final ConcurrentMap<URL, Boolean> seen = new ConcurrentHashMap<URL, Boolean>();  
7.     private static final long TIMEOUT = 500;  
8.     private static final TimeUnit UNIT = MILLISECONDS;  
9.   
10.     public WebCrawler(URL startUrl) {  
11.         urlsToCrawl.add(startUrl);  
12.     }  
13.   
14.     public synchronized void start() {  
15.         exec = new TrackingExecutor(Executors.newCachedThreadPool());  
16.         for (URL url : urlsToCrawl) submitCrawlTask(url);  
17.         urlsToCrawl.clear();  
18.     }  
19.   
20.     public synchronized void stop() throws InterruptedException {  
21.         try {  
22.             saveUncrawled(exec.shutdownNow());  
23.             if (exec.awaitTermination(TIMEOUT, UNIT))  
24.                 saveUncrawled(exec.getCancelledTasks());  
25.         } finally {  
26.             exec = null;  
27.         }  
28.     }  
29.   
30.     protected abstract List<URL> processPage(URL url);  
31.   
32.     private void saveUncrawled(List<Runnable> uncrawled) {  
33.         for (Runnable task : uncrawled)  
34.             urlsToCrawl.add(((CrawlTask) task).getPage());  
35.     }  
36.   
37.     private void submitCrawlTask(URL u) {  
38.         exec.execute(new CrawlTask(u));  
39.     }  
40.   
41.     private class CrawlTask implements Runnable {  
42.         private final URL url;  
43.   
44.         CrawlTask(URL url) {  
45.             this.url = url;  
46.         }  
47.   
48.         private int count = 1;  
49.   
50.         boolean alreadyCrawled() {  
51.             return seen.putIfAbsent(url, true) != null;  
52.         }  
53.   
54.         void markUncrawled() {  
55.             seen.remove(url);  
56.             System.out.printf("marking %s uncrawled%n", url);  
57.         }  
58.   
59.         public void run() {  
60.             for (URL link : processPage(url)) {  
61.                 if (Thread.currentThread().isInterrupted())  
62.                     return;  
63.                 submitCrawlTask(link);  
64.             }  
65.         }  
66.   
67.         public URL getPage() {  
68.             return url;  
69.         }  
70.     }  
71. }  

Java代码  

1. public class TrackingExecutor extends AbstractExecutorService {  
2.     private final ExecutorService exec;  
3.     private final Set<Runnable> tasksCancelledAtShutdown =  
4.             Collections.synchronizedSet(new HashSet<Runnable>());  
5.   
6.     public TrackingExecutor(ExecutorService exec) {  
7.         this.exec = exec;  
8.     }  
9.   
10.     public void shutdown() {  
11.         exec.shutdown();  
12.     }  
13.   
14.     public List<Runnable> shutdownNow() {  
15.         return exec.shutdownNow();  
16.     }  
17.   
18.     public boolean isShutdown() {  
19.         return exec.isShutdown();  
20.     }  
21.   
22.     public boolean isTerminated() {  
23.         return exec.isTerminated();  
24.     }  
25.   
26.     public boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)  
27.             throws InterruptedException {  
28.         return exec.awaitTermination(timeout, unit);  
29.     }  
30.   
31.     public List<Runnable> getCancelledTasks() {  
32.         if (!exec.isTerminated())  
33.             throw new IllegalStateException(/*...*/);  
34.         return new ArrayList<Runnable>(tasksCancelledAtShutdown);  
35.     }  
36.   
37.     public void execute(final Runnable runnable) {  
38.         exec.execute(new Runnable() {  
39.             public void run() {  
40.                 try {  
41.                     runnable.run();  
42.                 } finally {  
43.                     if (isShutdown()  
44.                             && Thread.currentThread().isInterrupted())  
45.                         tasksCancelledAtShutdown.add(runnable);  
46.                 }  
47.             }  
48.         });  
49.     }  
50. }  

7.3  处理非正常的线程终止

通过给应用程序提供一个UncaughtExceptionHandler异常处理器来处理未捕获的异常：

Java代码  

1. public class UEHLogger implements Thread.UncaughtExceptionHandler {  
2.     public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {  
3.         Logger logger = Logger.getAnonymousLogger();  
4.         logger.log(Level.SEVERE, "Thread terminated with exception: " + t.getName(), e);  
5.     }  
6. }  

 只有通过execute提交的任务，才能将它抛出的异常交给未捕获异常处理器。而通过submit提交的任务，无论是抛出未检查异常还是已检查异常，都将被认为是任务返回状态的一部分

7.4  JVM关闭的时候提供关闭钩子

在正常关闭JVM的时候，JVM首先调用所有已注册的关闭钩子Shutdown Hook。关闭钩子可以用来实现服务或者应用程序的清理工作，例如删除临时文件，或者清除无法由操作系统自动清除的资源。

最佳实践是对所有服务都使用同一个关闭钩子，并且在该关闭钩子中执行一系列的关闭操作。这确保了关闭操作在单个线程中串行执行，从而避免竞态条件的发生或者死锁问题。

Java代码  

1. Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread() {  
2.     public void run() {  
3.         try{LogService.this.stop();} catch(InterruptedException) {..}  
4.     }  
5. })  

总结：在任务、线程、服务以及应用程序等模块中的生命周期结束问题，可能会增加它们在设计和实现的时候的复杂性。我们通过利用FutureTask和Executor框架，可以帮助我们构建可取消的任务和服务。

<<java 并发编程>>第七章：取消和关闭