JVM 对 interrupt 信号的响应

Posted 2020-11-27 niuyourou

　　CPU 在运行时为了响应外部的请求，对外提供了一个中断引脚。CPU 在每个指令周期的最后一个晶振周期检查中断引脚，如果有中断任务，则立即停止手中的工作（当然要先保存现场）调用相应中断号的中断处理程序对中断做出响应。

　　进程在运行时为了响应外部请求，对外提供了信号队列。在每次由核心态转为用户态（比如由进程调度方法转到用户进程）时，会先检查自己的信号队列是否存在外部发来的信号，如果有则调用对应信号的信号处理程序对信号做出响应（Linux 下由 OS 在调度某进程前检查其信号队列，如果存在需要处理的信号则开启一个新线程调用信号处理程序）。

　　程序在运行过程中总是需要对外部发来的信号做出响应。因为这些信号是脱离于既定的运行逻辑之外的，我们不知道什么时候会发生这些事件，所以我们只能在现有调度方式的基础上，周期性的检查是否有信号到达。对中断信号的检查是基于处理器对指令的调度方式，每条指令的逻辑执行完成时去检查是否中断信号发生；对进程信号的检查是基于 OS 对进程的调度方式，每次调度该进程前检查是否有信号发生。

　　JVM 在线程层面为我们提供了类似的方法，线程的 interrupt 信号。

　　但是对于 interrupt 信号的处理与上面两位有很大的不同，线程的调度是基于 OS 的，JVM 除调用 OS 的系统函数外很难在其调度机制上做文章。

　　比如我们无法干预 OS 在调度线程运行前应该先去做点什么。

　　另外无论是中断处理程序还是信号处理程序，都是既定任务外的事件，对线程来讲，这些异步任务的处理是在其它线程中进行的，仅仅是延缓了本线程的调度，并没有改变本线程的任务。或者从底层说，没有改变本线程的堆栈/PC等现场。

　　这样我们就无法干预本线程的运行，比如将其从死锁中解放出来/终止当前方法的调用回滚堆栈。

　　interrupt 却在一定程度上做到了这一点。JVM 无法干预 OS 对线程的调度，但 JVM 可以从自身调度线程的层面上，在自己提供的基于 OS 线程调度的那些方法上做文章。

　　比如 sleep/wait/join 均是基于 OS 阻塞线程的方法对线程进行了阻塞，那么以 sleep 为例，我们可以这样写，伪代码：

public void sleep(Long sleepTime){
  if(sleepTime<=0){
    throw new RunTimeException("xxx");  
    }  
   //OS阻塞线程的方法
   os_park(sleepTime);
   if(interrupt==true){
     throw new InterruptedException("xxx");
   }  
}

　　在上述标红的地方调用 OS 阻塞线程的方法，线程运行到这一句是会阻塞住。

　　那么我们发送 interrupt 信号时线程会继续在 sleep 方法内向下执行，去检查 interrupt 信号，如果信号存在，抛出异常。这样便在本线程内，做出了对信号的响应。

　　事实上 JVM 也是这样做的，hotspot源码srcsharevmprimsjvm.cpp：

 　　接着看其内部的sleep：

 　　基于 ParkEvent 的 unpark 和 park 阻塞和唤醒对象，但在阻塞对象之后和唤醒对象之前，JVM 提供的方法是可以做点什么的。

　　本质上，硬件/OS/JVM 对信号的响应是相通的，都是基于自身提供的调度程序运行的机制，在调度的间隙对信号进行检查和处理。JVM 对信号的检查和处理逻辑因为封装在调用线程调用的方法内部，所以可以在调用线程中处理这些信号，也就可以对调用线程做更多的事情，比如 interrupt() 方法发生在因 sleep/wait/join 方法而阻塞的线程上时，由 sleep/wait/join 方法在其调用线程中抛出异常。