java io中断_JDK源码阅读：InterruptibleChannel 与可中断 IO
來源：木杉的博客 ，
imushan.com/2018/08/01/java/language/JDK源碼閱讀-InterruptibleChannel與可中斷IO/
Java傳統IO是不支持中斷的，所以如果代碼在read/write等操作阻塞的話，是無法被中斷的。這就無法和Thead的interrupt模型配合使用了。JavaNIO眾多的升級點中就包含了IO操作對中斷的支持。InterruptiableChannel表示支持中斷的Channel。我們常用的FileChannel，SocketChannel，DatagramChannel都實現了這個接口。
InterruptibleChannel接口
public interface InterruptibleChannel extends Channel{
/**
* 關閉當前Channel
*
* 任何當前阻塞在當前channel執行的IO操作上的線程，都會收到一個AsynchronousCloseException異常
*/
public void close() throws IOException;
}
InterruptibleChannel接口沒有定義任何方法，其中的close方法是父接口就有的，這里只是添加了額外的注釋。
AbstractInterruptibleChannel實現了InterruptibleChannel接口，并提供了實現可中斷IO機制的重要的方法，比如begin()，end()。
在解讀這些方法的代碼前，先了解一下NIO中，支持中斷的Channel代碼是如何編寫的。
第一個要求是要正確使用begin()和end()方法：
boolean completed = false;
try {
begin();
completed = ...; ? ?// 執行阻塞IO操作
return ...; ? ? ? ? // 返回結果
} finally {
end(completed);
}
NIO規定了，在阻塞IO的語句前后，需要調用begin()和end()方法，為了保證end()方法一定被調用，要求放在finally語句塊中。
第二個要求是Channel需要實現java.nio.channels.spi.AbstractInterruptibleChannel#implCloseChannel這個方法。AbstractInterruptibleChannel在處理中斷時，會調用這個方法，使用Channel的具體實現來關閉Channel。
接下來我們具體看一下begin()和end()方法是如何實現的。
begin方法
// 保存中斷處理對象實例
private Interruptible interruptor;
// 保存被中斷線程實例
private volatile Thread interrupted;
protected final void begin(){
// 初始化中斷處理對象，中斷處理對象提供了中斷處理回調
// 中斷處理回調登記被中斷的線程，然后調用implCloseChannel方法，關閉Channel
if (interruptor == null) {
interruptor = new Interruptible() {
public void interrupt(Thread target){
synchronized (closeLock) {
// 如果當前Channel已經關閉，則直接返回
if (!open)
return;
// 設置標志位，同時登記被中斷的線程
open = false;
interrupted = target;
try {
// 調用具體的Channel實現關閉Channel
AbstractInterruptibleChannel.this.implCloseChannel();
} catch (IOException x) { }
}
}};
}
// 登記中斷處理對象到當前線程
blockedOn(interruptor);
// 判斷當前線程是否已經被中斷，如果已經被中斷，可能登記的中斷處理對象沒有被執行，這里手動執行一下
Thread me = Thread.currentThread();
if (me.isInterrupted())
interruptor.interrupt(me);
}
從begin()方法中，我們可以看出NIO實現可中斷IO操作的思路，是在Thread的中斷邏輯中，掛載自定義的中斷處理對象，這樣Thread對象在被中斷時，會執行中斷處理對象中的回調，這個回調中，執行關閉Channel的操作。這樣就實現了Channel對線程中斷的響應了。
接下來重點就是研究“Thread添加中斷處理邏輯”這個機制是如何實現的了，是通過blockedOn方法實現的：
static void blockedOn(Interruptible intr){ ? ? ? ? // package-private
sun.misc.SharedSecrets.getJavaLangAccess().blockedOn(Thread.currentThread(),intr);
}
blockedOn方法使用的是JavaLangAccess的blockedOn方法。
SharedSecrets是一個神奇而糟糕的類，為啥說是糟糕呢，因為這個方法的存在，就是為了訪問JDK類庫中一些因為類作用域限制而外部無法訪問的類或者方法。JDK很多類與方法是私有或者包級別私有的，外部是無法訪問的，但是JDK在本身實現的時候又存在互相依賴的情況，所以為了外部可以不依賴反射訪問這些類或者方法，在sun包下，存在這么一個類，提供了各種超越限制的方法。
SharedSecrets.getJavaLangAccess()方法返回JavaLangAccess對象。JavaLangAccess對象就和名稱所說的一樣，提供了java.lang包下一些非公開的方法的訪問。這個類在System初始化時被構造：
// java.lang.System#setJavaLangAccess
private static void setJavaLangAccess(){
sun.misc.SharedSecrets.setJavaLangAccess(new sun.misc.JavaLangAccess(){
public void blockedOn(Thread t, Interruptible b){
t.blockedOn(b);
}
//...
});
}
可以看出，sun.misc.JavaLangAccess#blockedOn保證的就是java.lang.Thread#blockedOn這個包級別私有的方法：
/* The object in which this thread is blocked in an interruptible I/O
* operation, if any. ?The blocker's interrupt method should be invoked
* after setting this thread's interrupt status.
*/
private volatile Interruptible blocker;
private final Object blockerLock = new Object();
/* Set the blocker field; invoked via sun.misc.SharedSecrets from java.nio code
*/
void blockedOn(Interruptible b){
// 串行化blocker相關操作
synchronized (blockerLock) {
blocker = b;
}
}
而這個方法也非常簡單，就是設置java.lang.Thread#blocker變量為之前提到的中斷處理對象。而且從注釋中可以看出，這個方法就是專門為NIO設計的，注釋都非常直白的提到了，NIO的代碼會通過sun.misc.SharedSecrets調用到這個方法。。
接下來就是重頭戲了，看一下Thread在中斷時，如何調用NIO注冊的中斷處理器：
public void interrupt(){
if (this != Thread.currentThread())
checkAccess();
synchronized (blockerLock) {
Interruptible b = blocker;
// 如果NIO設置了中斷處理器，則只需Thread本身的中斷邏輯后，調用中斷處理器的回調函數
if (b != null) {
interrupt0(); ? ? ? ? ? // 這一步會設置interrupt標志位
b.interrupt(this);
return;
}
}
// 如果沒有的話，就走普通流程
interrupt0();
}
end方法
begin()方法負責添加Channel的中斷處理器到當前線程。end()是在IO操作執行完/中斷完后的操作，負責判斷中斷是否發生，如果發生判斷是當前線程發生還是別的線程中斷把當前操作的Channel給關閉了，對于不同的情況，拋出不同的異常。
protected final void end(boolean completed) throws AsynchronousCloseException{
// 清空線程的中斷處理器引用，避免線程一直存活導致中斷處理器無法被回收
blockedOn(null);
Thread interrupted = this.interrupted;
if (interrupted != null && interrupted == Thread.currentThread()) {
interrupted = null;
throw new ClosedByInterruptException();
}
// 如果這次沒有讀取到數據，并且Channel被另外一個線程關閉了，則排除Channel被異步關閉的異常
// 但是如果這次讀取到了數據，就不能拋出異常，因為這次讀取的數據是有效的，需要返回給用戶的(重要邏輯)
if (!completed && !open)
throw new AsynchronousCloseException();
}
通過代碼可以看出，如果是當前線程被中斷，則拋出ClosedByInterruptException異常，表示Channel因為線程中斷而被關閉了，IO操作也隨之中斷了。
如果是當前線程發現Channel被關閉了，并且是讀取還未執行完畢的情況，則拋出AsynchronousCloseException異常，表示Channel被異步關閉了。
end()邏輯的活動圖如下：
場景分析
并發的場景分析起來就是復雜，上面的代碼不多，但是場景很多，我們以sun.nio.ch.FileChannelImpl#read(java.nio.ByteBuffer)為例分析一下可能的場景：
A線程read，B線程中斷A線程：A線程拋出ClosedByInterruptException異常
A，B線程read，C線程中斷A線程
A被中斷時，B剛剛進入read方法：A線程拋出ClosedByInterruptException異常，B線程ensureOpen方法拋出ClosedChannelException異常
A被中斷時，B阻塞在底層read方法中：A線程拋出ClosedByInterruptException異常，B線程底層方法拋出異常返回，end方法中拋出AsynchronousCloseException異常
A被中斷時，B已經讀取到數據：A線程拋出ClosedByInterruptException異常，B線程正常返回
sun.nio.ch.FileChannelImpl#read(java.nio.ByteBuffer)代碼如下：
public int read(ByteBuffer dst) throws IOException{
ensureOpen(); ?// 1
if (!readable) // 2
throw new NonReadableChannelException();
synchronized (positionLock) {
int n = 0;
int ti = -1;
try {
begin();
ti = threads.add();
if (!isOpen())
return 0; // 3
do {
n = IOUtil.read(fd, dst, -1, nd); // 4
} while ((n == IOStatus.INTERRUPTED) && isOpen());
return IOStatus.normalize(n);
} finally {
threads.remove(ti);
end(n > 0);
assert IOStatus.check(n);
}
}
}
總結
在JavaIO時期，人們為了中斷IO操作想了不少方法，核心操作就是關閉流，促使IO操作拋出異常，達到中斷IO的效果。NIO中，將這個操作植入了java.lang.Thread#interrupt方法，免去用戶自己編碼特定代碼的麻煩。使IO操作可以像其他可中斷方法一樣，在中斷時拋出ClosedByInterruptException異常，業務程序捕獲該異常即可對IO中斷做出響應。
參考資料
java – What does JavaLangAccess.blockedOn(Thread t, Interruptible b) do? – Stack Overflow
https://stackoverflow.com/questions/8544891/what-does-javalangaccess-blockedonthread-t-interruptible-b-do
Java NIO 那些躲在角落的細節
https://www.oschina.net/question/138146_26027
總結
以上是生活随笔為你收集整理的java io中断_JDK源码阅读：InterruptibleChannel 与可中断 IO的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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