面试题：Java Worker线程维护中断状态在复杂业务场景中的应用

Question

假设你正在开发一个电商系统的库存更新模块，其中有多个Worker线程并发操作库存数据。在这种场景下，说明Worker线程维护中断状态的作用，并给出如何设计中断机制以确保库存数据一致性和操作安全性的方案。

Answer 1

Worker线程维护中断状态的作用

1. 及时响应外部请求：在电商系统中，可能由于系统整体调度、紧急业务需求变更等原因，需要立即停止某些Worker线程对库存数据的操作。维护中断状态可以让线程能够及时响应这些外部请求，避免线程继续执行不必要或可能导致数据不一致的操作。
2. 避免资源浪费：当线程执行的任务不再需要时（例如库存数据已经通过其他方式更新完成，或者库存更新任务被新的任务替代），通过中断状态可以及时停止线程运行，释放线程占用的CPU、内存等系统资源，提高系统整体性能。
3. 保证数据一致性：在并发操作库存数据时，如果某个线程的操作出现异常或者不再符合业务逻辑，中断该线程可以防止其继续对库存数据进行错误的修改，从而保证库存数据的一致性。

设计中断机制以确保库存数据一致性和操作安全性的方案

1. 使用 volatile 标志位
   • 在Worker线程类中定义一个 volatile boolean 类型的中断标志位，例如 private volatile boolean interrupted = false;。volatile 关键字确保该标志位在多线程环境下的可见性，即一个线程对其修改后，其他线程能立即看到最新值。
   • 在库存更新操作的关键代码段，周期性地检查该标志位。例如：

while (!interrupted) {
    // 库存更新操作逻辑
    // 例如从数据库读取库存
    int stock = getStockFromDatabase();
    // 进行库存更新计算
    stock = stock - 1;
    // 将更新后的数据写回数据库
    updateStockToDatabase(stock);
}

2. 提供中断方法
   • 在Worker线程类中提供一个公共方法用于设置中断标志位，例如：

public void interrupt() {
    interrupted = true;
}

3. 异常处理与回滚
   • 在库存更新操作过程中，对可能出现的异常进行捕获处理。例如，如果数据库操作失败，需要回滚已经执行的部分操作，并设置中断标志位，防止后续无效操作继续进行。

try {
    // 库存更新操作逻辑
    int stock = getStockFromDatabase();
    stock = stock - 1;
    updateStockToDatabase(stock);
} catch (Exception e) {
    // 回滚操作，例如将库存恢复到初始值
    rollbackStock();
    // 设置中断标志位
    interrupt();
}

4. 使用 Thread.interrupted()
   • 除了自定义的 volatile 标志位，还可以结合 Thread.interrupted() 方法。在库存更新操作中，适时调用该方法检查当前线程是否被中断。

while (!Thread.interrupted()) {
    // 库存更新操作逻辑
}

5. 使用锁机制
   • 在进行库存数据更新时，使用锁（如 synchronized 关键字或 ReentrantLock）来保证同一时间只有一个线程能够对库存数据进行修改，避免并发修改导致的数据不一致问题。

private final Object lock = new Object();
public void updateStock() {
    synchronized (lock) {
        // 库存更新操作逻辑
    }
}

6. 数据库事务
   • 将库存更新操作封装在数据库事务中。如果在更新过程中出现异常或者线程被中断，数据库事务可以自动回滚，保证库存数据的一致性。例如在使用JDBC时：

Connection conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);
try {
    conn.setAutoCommit(false);
    // 库存更新操作
    Statement stmt = conn.createStatement();
    stmt.executeUpdate("UPDATE stock_table SET stock = stock - 1 WHERE product_id = 'xxx'");
    conn.commit();
} catch (SQLException e) {
    conn.rollback();
    // 设置中断标志位
    interrupt();
} finally {
    conn.close();
}