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？

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

java 复制代码

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
        }
    }
}

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：

java 复制代码

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;
    }
}

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：

java 复制代码

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();
}

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

java 复制代码

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");
}

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。

java 复制代码

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");
}

java 复制代码

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)

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。

java 复制代码

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

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。

java 复制代码

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();
    }
}

java 复制代码

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

java 复制代码

A
B

原理

java 复制代码

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;
        }
    }
}

从源码来看，实际上join方法就是调用了wait方法来使得线程阻塞，一直到线程结束运行。注意到，join方法前的synchronized修饰符，它相当于：

java 复制代码

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

也就是说加锁的对象即调用这个锁的线程对象，在main()方法中即为t1，持有这个锁的是主线程即main()方法，也就是说代码相当于如下：

java 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

也因此主线程进入等待队列，直到 t1 线程结束。

这里可能会有很多人会有疑惑，为什么t1.wait了，阻塞的不是t1，而是主线程？

实际上，如果要阻塞t1，那么就应该在t1的run 方法里进行阻塞，如在run方法里写wait()；（当然还有suspend方法，这属于非Java层面，另说）

而这里的 wait 方法被调用以后，是让持有锁的线程进入等待队列，即主线程调用，因此 t1 线程并不会被阻塞，阻塞的是主线程。

也就是说，join方法是一个同步方法，当主线程调用t1.join()方法时，主线程先获得了t1对象的锁，随后进入方法，调用了t1对象的wait()方法，使主线程进入了t1对象的等待池。

那么问题在于，这里只看到了wait方法，却并没有看到notify或者是notifyAll方法，那么主线程在那里被唤醒呢？

这里参考jvm的代码：

java 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();

}

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。

java 复制代码

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");
    }
}

java 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());
}

java 复制代码

before
after

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。

java 复制代码

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();
        }
    }
}

java 复制代码

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

java 复制代码

before
after

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。

java 复制代码

public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
   if (parent != null) {
        parent.uncaughtException(t, e);
   } else {
        Thread.UncaughtExceptionHandler ueh =
            Thread.getDefaultUncaughtExceptionHandler();
        if (ueh != null) {
            ueh.uncaughtException(t, e);
        } else if (!(e instanceof ThreadDeath)) {
            System.err.print("Exception in thread \""
                             + t.getName() + "\" ");
            e.printStackTrace(System.err);
        }
    }
}

解决方案：

在run方法中显示的捕获异常

java 复制代码

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);
    }
}

为创建的线程设置一个UncaughtExceptionHandler

java 复制代码

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);
   }
});

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

java 复制代码

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
}

Callable中异常如何被吞掉

java 复制代码

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 ");
    }
}

运行结果

java 复制代码

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

源码如下：

java 复制代码

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);
}

RunableFuture<T> 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：

java 复制代码

public void run() {
     // 状态不属于初始状态的情况下，不进行后续逻辑处理
     // 那也就是run 方法只能执行一次
     if (state != NEW ||
        !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
                                   null, Thread.currentThread()))
        return;
    try { 
        Callable<V> c = callable;
        if (c != null && state == NEW) {
            V result;
            // 
            boolean ran;
            try {
                // 执行 Callable 里的 call 方法 ，将结果存入result变量中
                result = c.call();
                ran = true;
            } catch (Throwable ex) {
                result = null;
                ran = false;
                 // call 方法异常 ， 记录下异常结果
                setException(ex);
            }
            // call 方法正常执行完毕 ，进行结果存储
            if (ran)
                set(result);
        }
    } finally {
        // runner must be non-null until state is settled to
        // prevent concurrent calls to run()
        runner = null;
        // state must be re-read after nulling runner to prevent
        // leaked interrupts
        int s = state;
        if (s >= INTERRUPTING)
            handlePossibleCancellationInterrupt(s);
    }
}

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

java 复制代码

protected void setException(Throwable t) {
    if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
        outcome = t;
        UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, EXCEPTIONAL); // final state
        finishCompletion();
    }
}

protected void set(V v) {
    if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
        outcome = v;
        UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
        finishCompletion();
    }
}

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

java 复制代码

//这里有必须看下Task的结束时的状态，如果正常结束，状态为 NORMAL ， 异常结果，状态为EXCEPTIONAL 。 看下几个状态的定义，如下：  
private volatile int state;
private static final int NEW          = 0;
private static final int COMPLETING   = 1;
private static final int NORMAL       = 2;
private static final int EXCEPTIONAL  = 3;
private static final int CANCELLED    = 4;
private static final int INTERRUPTING = 5;
private static final int INTERRUPTED  = 6;

/**
* @throws CancellationException {@inheritDoc}
*/
public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
    int s = state;
    // NORMAL(2) 、EXCEPTIONAL(3) 都大于 COMPLETING（1）,所以Task结束之后，不会走该if
    if (s <= COMPLETING)
         s = awaitDone(false, 0L);
    // 重点： 返回结果
    return report(s);
}

private V report(int s) throws ExecutionException {
    // 之前正常结果或者异常都存放在Object outcomme 中了
    Object x = outcome;
    // 正常返回
    if (s == NORMAL)
        return (V)x;
    // EXCEPTIONAL(3) 小于 CANCELLED(4) ，所以不会走该if分支，直接后续的throw 抛异常的逻辑
    if (s >= CANCELLED)
        throw new CancellationException();
    // 不等于NORMAL 且 大于等于 CANCELLED  ,  再结合 调用 report(int s ) 之前也做了state 的过滤
    //到这一步，那只能是EXCEPTIONAL(3) 
    throw new ExecutionException((Throwable)x);
}

因此可以通过get方法获取到异常结果