JUC 包下工具類，它的名字叫 LockSupport ！你造麼？
阿新 • • 發佈：2020-11-05
前言
LockSupport 是 JUC 中常用的一個工具類，主要作用是掛起和喚醒執行緒。在閱讀 JUC 原始碼中經常看到，所以很有必要了解一下。
公眾號：liuzhihangs ，記錄工作學習中的技術、開發及原始碼筆記；時不時分享一些生活中的見聞感悟。歡迎大佬來指導！
介紹
基本執行緒阻塞原語建立鎖和其他同步類。Basic thread blocking primitives for creating locks and other synchronization classes.
LockSupport 類每個使用它的執行緒關聯一個許可（在意義上的Semaphore類）。 如果許可可用，呼叫 park 將立即返回，並在此過程中消費它; 否則可能阻塞。如果許可不是可用，可以呼叫 unpark 使得許可可用。（但與Semaphore不同，許可不能累積。最多有一個。）
方法 park 和 unpark 提供了阻塞的有效手段和解鎖執行緒不會遇到死鎖問題，而 Thread.suspend 和 Thread.resume 是不能用於這種目的：因為許可的存在，一個執行緒呼叫 park 和另一個執行緒試圖 unpark 它之間的競爭將保持活性。 此外，如果呼叫者執行緒被中斷，park 將返回，並且支援設定超時。 該 park 方法也可能返回在其他任何時間，“毫無理由”，因此通常必須在一個迴圈中呼叫的返回後重新檢查條件。 在這個意義上park作為“忙碌等待”不會浪費太多的時間自旋的優化，但必須以配對 unpark 使用。
這三種形式的 park 還支援 blocker 物件引數。而執行緒被阻塞時是允許使用監測和診斷工具，以確定執行緒被阻塞的原因。（診斷工具可以使用getBlocker(Thread) 方法 。）同時推薦使用帶有 blocker 引數的 park方法，通常做法是 blocker 被設定為 this 。
上面的意思總結下來個人理解是：
- 許可（permit）的上限是1，也就是說只有 0 或 1 。
- park: 沒有許可的時候，permit 為 0 ，呼叫 park 會阻塞；有許可的時候，permit 為 1 ， 呼叫 park 會扣除一個許可，然後返回。
- unpark：沒有許可的時候，permit 為 0 ，呼叫 unpark 會增加一個許可，因為許可上限是 1 ， 所以呼叫多次也只會為 1 個。
- 執行緒初始的時候是沒有許可的。
- park 的當前執行緒如果被中斷，會立即返回，並不會丟擲中斷異常。
- park 方法的呼叫一般要放在一個迴圈判斷體裡面。
大概如圖所示：
下面是原始碼註釋中的案例：
/** * FIFO 獨佔鎖 */ class FIFOMutex { private final AtomicBoolean locked = new AtomicBoolean(false); private final Queue<Thread> waiters = new ConcurrentLinkedQueue<Thread>(); public void lock() { boolean wasInterrupted = false; Thread current = Thread.currentThread(); waiters.add(current); // Block while not first in queue or cannot acquire lock // 不在佇列頭，或者鎖被佔用，則阻塞， 就是隻有佇列頭的可以獲得鎖 while (waiters.peek() != current || !locked.compareAndSet(false, true)) { LockSupport.park(this); if (Thread.interrupted()) // ignore interrupts while waiting wasInterrupted = true; } waiters.remove(); if (wasInterrupted) // reassert interrupt status on exit current.interrupt(); } public void unlock() { locked.set(false); LockSupport.unpark(waiters.peek()); } }
驗證
執行緒初始有沒有許可？
public class LockSupportTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("開始執行……");
LockSupport.park();
System.out.println("LockSupport park 之後……");
}
}
- 執行後會發現，程式碼在 park 處阻塞。說明，執行緒初始是沒有許可的。
新增許可並消耗許可
public class LockSupportTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("開始執行……");
LockSupport.unpark(Thread.currentThread());
System.out.println("執行 - park");
LockSupport.park();
System.out.println("LockSupport park 之後……");
}
}
public class LockSupportTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("執行緒 " + Thread.currentThread().getName() + "開始執行 park");
LockSupport.park(this);
System.out.println("執行緒 " + Thread.currentThread().getName() + "執行 park 結束");
}
});
thread.start();
// 保證 上面執行緒先執行，然後再主執行緒
Thread.sleep(5000);
System.out.println("開始執行 unpark(thread)");
LockSupport.unpark(thread);
Thread.sleep(5000);
System.out.println("執行 unpark(thread) 結束");
}
}
通過上面示例可以看出：
- 執行 unpark 可以進行給予指定執行緒一個證書。
- 執行緒當前被 park 阻塞，此時給予證書之後， park 會消耗證書，然後繼續執行。
許可上限為 1
public class LockSupportTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("unpark 1次");
LockSupport.unpark(Thread.currentThread());
System.out.println("unpark 2次");
LockSupport.unpark(Thread.currentThread());
System.out.println("執行 - park 1 次");
LockSupport.park();
System.out.println("執行 - park 2 次");
LockSupport.park();
System.out.println("LockSupport park 之後……");
}
}
- 執行緒阻塞，可以看出 permit 只能有一個
中斷可以使 park 繼續執行並不會丟擲異常
public class LockSupportTest {
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("執行緒 " + Thread.currentThread().getName() + "開始執行 park");
LockSupport.park(this);
System.out.println("執行緒 " + Thread.currentThread().getName() + "執行 park 結束");
System.out.println("執行緒 " + Thread.currentThread().getName() + "開始執行 park 第二次");
LockSupport.park(this);
System.out.println("執行緒 " + Thread.currentThread().getName() + "執行 park 第二次 結束");
}
});
try {
thread.start();
// 保證 上面執行緒先執行，然後再主執行緒
Thread.sleep(5000);
System.out.println("開始執行 unpark(thread)");
// LockSupport.unpark(thread);
thread.interrupt();
Thread.sleep(5000);
System.out.println("執行 unpark(thread) 結束");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
輸出結果：
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_221.jdk/Contents/Home/bin/java ...
執行緒 Thread-0開始執行 park
開始執行 unpark(thread)
執行緒 Thread-0執行 park 結束
執行緒 Thread-0開始執行 park 第二次
執行緒 Thread-0執行 park 第二次 結束
執行 unpark(thread) 結束
- 可以看出執行緒中斷，park 會繼續執行，並且沒有丟擲異常。
- thread.interrupt(); 呼叫之後， 設定執行緒中斷標示，unpark 沒有清除中斷標示，第二個 park 也會繼續執行。
使用診斷工具
liuzhihang % > jps
76690 LockSupportTest
77130 Jps
liuzhihang % > jstack 77265
...
"main" #1 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007f7f3e80a000 nid=0xe03 waiting on condition [0x000070000dfcd000]
java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:304)
at com.liuzhihang.source.LockSupportTest.main(LockSupportTest.java:14)
- 中間省略部分，但是可以看出執行緒進入
WAITING狀態
原始碼分析
public class LockSupport {
private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
/**
* 為執行緒 thread 設定一個許可
* 無許可，則新增一個許可，有許可，則不新增
* 如果執行緒因為 park 被阻塞， 新增許可之後，會解除阻塞狀態
*/
public static void unpark(Thread thread) {
if (thread != null)
UNSAFE.unpark(thread);
}
/**
* 有許可，則使用該許可
* 沒有許可，阻塞執行緒，直到獲得許可
* 傳遞 blocker 是為了方便使用診斷工具
*/
public static void park(Object blocker) {
Thread t = Thread.currentThread();
setBlocker(t, blocker);
UNSAFE.park(false, 0L);
setBlocker(t, null);
}
/**
* 設定執行緒的 blocker 屬性
*/
private static void setBlocker(Thread t, Object arg) {
// Even though volatile, hotspot doesn't need a write barrier here.
UNSAFE.putObject(t, parkBlockerOffset, arg);
}
}
LockSupport 的 park unpark 方法，實際呼叫的是底層 Unsafe 類的 native 方法。
public final class Unsafe {
public native void unpark(Object var1);
public native void park(boolean var1, long var2);
}
既然呼叫了 Unsafe 到此處肯定不能善罷甘休。
hotspot 原始碼
這塊是下載的官方包中的原始碼，閱讀並查閱資料瞭解的大概邏輯，不清楚之處，希望指匯出來。
也可以直接跳過直接看結論。
檢視jdk原始碼
http://hg.openjdk.java.net/jdk8u/jdk8u/hotspot/file/5a83b7215107/src/share/vm/runtime/park.hpp
這塊在以 os_linux 程式碼為例
http://hg.openjdk.java.net/jdk8u/jdk8u/hotspot/file/5a83b7215107/src/os/linux/vm/os_linux.cpp
- 在底層維護了一個
_counter通過更新_counter的值來標示是否有證明。 - 在 park 時，判斷
_counter為 0，則阻塞等待，為 1 則獲得更新為 0 並返回。 - 在 unpark 時，判斷
_counter為 0，則給予憑證，並喚醒執行緒，為 1 則直接返回。
總結
總結也是和預想的是相同的。
- 許可（permit）的上限是1，也就是說只有 0 或 1 。
- park: 沒有許可的時候，permit 為 0 ，呼叫 park 會阻塞；有許可的時候，permit 為 1 ， 呼叫 park 會扣除一個許可，然後返回。
- unpark：沒有許可的時候，permit 為 0 ，呼叫 unpark 會增加一個許可，因為許可上限是 1 ， 所以呼叫多次也只會為 1 個。
- 執行緒初始的時候是沒有許可的。
- park 的當前執行緒如果被中斷，會立即返回，並不會丟擲中斷異常。
擴充套件
- park/unpark 和 wait/notify 區別
- park 阻塞當前執行緒，unpark 喚醒指定執行緒。
- wait() 需要結合鎖使用，並釋放鎖資源，如果沒有設定超時時間，則需要 notify() 喚醒。而 notify() 是隨機喚醒執行緒。