JAVA高併發—LockSupport的學習及簡單使用

1、簡單介紹

   LockSupport是JDK中比較底層的類，用來建立鎖和其他同步工具類的基本執行緒阻塞原語。可以做到與join() 、wait()/notifyAll() 功能一樣，使執行緒自由的阻塞、釋放。
   Java鎖和同步器框架的核心AQS(AbstractQueuedSynchronizer 抽象佇列同步器)，就是通過呼叫LockSupport.park()和LockSupport.unpark()實現執行緒的阻塞和喚醒的。

補充：AQS定義了一套多執行緒訪問共享資源的同步器框架，許多同步類實現都依賴於它，
如常用的ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch...。
 

2、簡單原理

  LockSupport方法底層都是呼叫Unsafe的方法實現。全名sun.misc.Unsafe，該類可以直接操控記憶體，被JDK廣泛用於自己的包中，如java.nio和java.util.concurrent。但是不建議在生產環境中使用這個類。因為這個API十分不安全、不輕便、而且不穩定。

   LockSupport提供park()和unpark()方法實現阻塞執行緒和解除執行緒阻塞，LockSupport和每個使用它的執行緒都與一個許可(permit)關聯。permit是相當於1，0的開關，預設是0，呼叫一次unpark就加1變成1，呼叫一次park會消費permit, 也就會將1變成0，同時park立即返回。再次呼叫park會變成block（因為permit為0了，會阻塞在這裡，直到permit變為1）, 這時呼叫unpark會把permit置為1。每個執行緒都有一個相關的permit, permit最多隻有一個，重複呼叫unpark也不會積累。意思就是說unpark

3、簡單例子

  以下邊的做飯例子，正常來說，做飯 之前，要有鍋、有菜才能開始做飯 。具體如下：
（1）先假設已經有了鍋 ，那隻需要買菜就可以做飯。如下，即註釋掉了買鍋的步驟：

public class LockSupportTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
      //買鍋
//      Thread t1 = new Thread(new BuyGuo(Thread.currentThread()));
//      t1.start();

      //買菜
        Thread t2 = new Thread(new BuyCai(Thread.currentThread()));
        t2.start();
//        LockSupport.park();
//        System.out.println("鍋買回來了...");
        LockSupport.park();
        System.out.println("菜買回來 了...");
        System.out.println("開始做飯");
    }
}
class BuyGuo implements Runnable{
    private Object threadObj;
    public BuyGuo(Object threadObj) {
        this.threadObj = threadObj;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("去買鍋...");
        LockSupport.unpark((Thread)threadObj);

    }
}
class BuyCai implements Runnable{
    private Object threadObj;
    public BuyCai(Object threadObj) {
        this.threadObj = threadObj;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("買菜去...");
        LockSupport.unpark((Thread)threadObj);
    }
}
 

  執行後，可出現下面的結果：

買菜去...
菜買回來了...
開始做飯

   如上所述，可以達到阻塞主執行緒等到買完菜之後才開始做飯。這即是park()、unpark() 的用法。簡單解釋一下上述的步驟：

1. main 方法啟動後，主執行緒 和 買菜執行緒 同時開始執行。
2. 因為兩者同時進行，當主執行緒 走到park() 時，發現permit 還為0 ，即會等待在這裡。
3. 當買菜執行緒執行進去後，走到unpark() 會將permit 變為1 。
4. 主執行緒 park() 處發現permit 已經變成1 ，就可以繼續往下執行了，同時消費掉permit ，重新變成0 。

   以上permit 只是park/unpark 執行的一種邏輯開關，執行的步驟大致如此。

4、注意點及思考

（1）必須將park()與uppark() 配對使用才更高效。

  如果上邊也把買鍋的執行緒放開，main 方法改為如下：

       //買鍋
      Thread t1 = new Thread(new BuyGuo(Thread.currentThread()));
       t1.start();
      //買菜
        Thread t2 = new Thread(new BuyCai(Thread.currentThread()));
        t2.start();
        LockSupport.park();
        System.out.println("鍋買回來了...");
        LockSupport.park();
        System.out.println("菜買回來了...");
        System.out.println("開始做飯");

  即呼叫了兩次park() 和unpark() ，發現有時候可以，有時候會使執行緒卡在那裡，然後我又換了下順序，如下：

       //買鍋
      Thread t1 = new Thread(new BuyGuo(Thread.currentThread()));
       t1.start();
          LockSupport.park();
        System.out.println("鍋買回來了...");
      //買菜
        Thread t2 = new Thread(new BuyCai(Thread.currentThread()));
        t2.start();
        LockSupport.park();
        System.out.println("菜買回來了...");
        System.out.println("開始做飯");

  原理沒有詳細去研究,不過想了想，上邊兩種其實並無區別，只是執行順序有了影響，park() 和unpark() 既然是成對配合使用，通過標識permit 來控制，如果像前邊那個例子那樣，出現阻塞的情況原因，我分析可能是這麼個原因：

  當買鍋的時候，通過unpark()將permit 置為1，但是還沒等到外邊的main方法執行第一個park() ,買菜的執行緒又調了一次unpark(),但是這時候permit 還是從1變成了1，等回到主執行緒呼叫park()的時候，因為還有兩個park()需要執行，也就是需要兩個消費permit ,因為permit 只有1個，所以，可能會剩下一個park()卡在那裡了。

（2）使用park(Object blocker) 方法更能明確問題

  其實park() 有個過載方法park(Object blocker) ,這倆方法效果差不多，但是有blocker的可以傳遞給開發人員更多的現場資訊，可以檢視到當前執行緒的阻塞物件，方便定位問題。所以java6新增加帶blocker入參的系列park方法，替代原有的park方法。

5、與wait()/notifyAll() 的比較

LockSupport 的 park/unpark 方法，雖然與平時Object 中wait/notify 同樣達到阻塞執行緒的效果。但是它們之間還是有區別的。

1. 面向的物件主體不同。LockSupport() 操作的是執行緒物件，直接傳入的就是Thread ,而wait() 屬於具體物件，notifyAll() 也是針對所有執行緒進行喚醒。
2. wait/notify 需要獲取物件的監視器，即synchronized修飾，而park/unpark 不需要獲取物件的監視器。
3. 實現的機制不同，因此兩者沒有交集。也就是說 LockSupport 阻塞的執行緒，notify/notifyAll 沒法喚醒。但是 park 之後，同樣可以被中斷(interrupt()) !