LockSupport 是 JUC 中常用的一个工具类,主要作用是挂起和唤醒线程。在阅读 JUC 源码中经常看到,所以很有必要了解一下。

介绍

基本线程阻塞原语创建锁和其他同步类。Basic thread blocking primitives for creating locks and other synchronization classes.

LockSupport 类每个使用它的线程关联一个许可(在意义上的Semaphore类)。 如果许可可用,调用 park 将立即返回,并在此过程中消费它; 否则可能阻塞。如果许可不是可用,可以调用 unpark 使得许可可用。(但与Semaphore不同,许可不能累积。最多有一个。)

方法 park 和 unpark 提供了阻塞的有效手段和解锁线程不会遇到死锁问题,而 Thread.suspend 和 Thread.resume 是不能用于这种目的:因为许可的存在,一个线程调用 park 和另一个线程试图 unpark 它之间的竞争将保持活性。 此外,如果调用者线程被中断,park 将返回,并且支持设置超时。 该 park 方法也可能返回在其他任何时间,“毫无理由”,因此通常必须在一个循环中调用的返回后重新检查条件。 在这个意义上park作为“忙碌等待”不会浪费太多的时间自旋的优化,但必须以配对 unpark 使用。

这三种形式的 park 还支持 blocker 对象参数。而线程被阻塞时是允许使用监测和诊断工具,以确定线程被阻塞的原因。(诊断工具可以使用getBlocker(Thread) 方法 。)同时推荐使用带有 blocker 参数的 park方法,通常做法是 blocker 被设置为 this 。

上面的意思总结下来个人理解是:

  1. 许可(permit)的上限是1,也就是说只有 0 或 1 。
  2. park: 没有许可的时候,permit 为 0 ,调用 park 会阻塞;有许可的时候,permit 为 1 , 调用 park 会扣除一个许可,然后返回。
  3. unpark:没有许可的时候,permit 为 0 ,调用 unpark 会增加一个许可,因为许可上限是 1 , 所以调用多次也只会为 1 个。
  4. 线程初始的时候是没有许可的。
  5. park 的当前线程如果被中断,会立即返回,并不会抛出中断异常。
  6. park 方法的调用一般要放在一个循环判断体里面。

大概如图所示:

下面是源码注释中的案例:

/**
* FIFO 独占锁
*/
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
// 不在队列头,或者锁被占用,则阻塞, 就是只有队列头的可以获得锁
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());
}
}

验证

线程初始有没有许可?

public class LockSupportTest {

public static void main(String[] args) {

System.out.println("开始执行……");

LockSupport.park();

System.out.println("LockSupport park 之后……");

}
}
  1. 执行后会发现,代码在 park 处阻塞。说明,线程初始是没有许可的。

添加许可并消耗许可

public class LockSupportTest {

public static void main(String[] args) {

System.out.println("开始执行……");

LockSupport.unpark(Thread.currentThread());

System.out.println("执行 - park");

LockSupport.park();

System.out.println("LockSupport park 之后……");

}

}
public class LockSupportTest {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "开始执行 park");
LockSupport.park(this);
System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "执行 park 结束");
}
});

thread.start();
// 保证 上面线程先执行,然后再主线程
Thread.sleep(5000);
System.out.println("开始执行 unpark(thread)");
LockSupport.unpark(thread);
Thread.sleep(5000);
System.out.println("执行 unpark(thread) 结束");

}

}

通过上面示例可以看出:

  1. 执行 unpark 可以进行给予指定线程一个证书。
  2. 线程当前被 park 阻塞,此时给予证书之后, park 会消耗证书,然后继续执行。

许可上限为 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("执行 - park 1 次");
LockSupport.park();
System.out.println("执行 - park 2 次");
LockSupport.park();

System.out.println("LockSupport park 之后……");

}

}
  1. 线程阻塞,可以看出 permit 只能有一个

中断可以使 park 继续执行并不会抛出异常

public class LockSupportTest {
public static void main(String[] args) {

Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "开始执行 park");
LockSupport.park(this);
System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "执行 park 结束");

System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "开始执行 park 第二次");
LockSupport.park(this);
System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + "执行 park 第二次 结束");

}
});

try {
thread.start();
// 保证 上面线程先执行,然后再主线程
Thread.sleep(5000);
System.out.println("开始执行 unpark(thread)");
// LockSupport.unpark(thread);
thread.interrupt();
Thread.sleep(5000);
System.out.println("执行 unpark(thread) 结束");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

}
}

输出结果:

/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_221.jdk/Contents/Home/bin/java ...
线程 Thread-0开始执行 park
开始执行 unpark(thread)
线程 Thread-0执行 park 结束
线程 Thread-0开始执行 park 第二次
线程 Thread-0执行 park 第二次 结束
执行 unpark(thread) 结束
  1. 可以看出线程中断,park 会继续执行,并且没有抛出异常。
  2. thread.interrupt(); 调用之后, 设置线程中断标示,unpark 没有清除中断标示,第二个 park 也会继续执行。

使用诊断工具

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)
  1. 中间省略部分,但是可以看出线程进入 WAITING 状态

源码分析


public class LockSupport {

private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;

/**
* 为线程 thread 设置一个许可
* 无许可,则添加一个许可,有许可,则不添加
* 如果线程因为 park 被阻塞, 添加许可之后,会解除阻塞状态
*/
public static void unpark(Thread thread) {
if (thread != null)
UNSAFE.unpark(thread);
}

/**
* 有许可,则使用该许可
* 没有许可,阻塞线程,直到获得许可
* 传递 blocker 是为了方便使用诊断工具
*/
public static void park(Object blocker) {
Thread t = Thread.currentThread();
setBlocker(t, blocker);
UNSAFE.park(false, 0L);
setBlocker(t, null);
}

/**
* 设置线程的 blocker 属性
*/
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,实际调用的是底层 Unsafe 类的 native 方法。


public final class Unsafe {

public native void unpark(Object var1);

public native void park(boolean var1, long var2);
}

既然调用了 Unsafe 到此处肯定不能善罢甘休。

hotspot 源码

这块是下载的官方包中的源码,阅读并查阅资料了解的大概逻辑,不清楚之处,希望指导出来。

也可以直接跳过直接看结论。

查看jdk源码
http://hg.openjdk.java.net/jdk8u/jdk8u/hotspot/file/5a83b7215107/src/share/vm/runtime/park.hpp

这块在以 os_linux 代码为例
http://hg.openjdk.java.net/jdk8u/jdk8u/hotspot/file/5a83b7215107/src/os/linux/vm/os_linux.cpp

  1. 在底层维护了一个 _counter 通过更新 _counter 的值来标示是否有证明。
  2. 在 park 时,判断 _counter 为 0,则阻塞等待,为 1 则获得更新为 0 并返回。
  3. 在 unpark 时,判断 _counter 为 0,则给予凭证,并唤醒线程,为 1 则直接返回。

总结

总结也是和预想的是相同的。

  1. 许可(permit)的上限是1,也就是说只有 0 或 1 。
  2. park: 没有许可的时候,permit 为 0 ,调用 park 会阻塞;有许可的时候,permit 为 1 , 调用 park 会扣除一个许可,然后返回。
  3. unpark:没有许可的时候,permit 为 0 ,调用 unpark 会增加一个许可,因为许可上限是 1 , 所以调用多次也只会为 1 个。
  4. 线程初始的时候是没有许可的。
  5. park 的当前线程如果被中断,会立即返回,并不会抛出中断异常。

扩展

  • park/unpark 和 wait/notify 区别
  1. park 阻塞当前线程,unpark 唤醒指定线程。
  2. wait() 需要结合锁使用,并释放锁资源,如果没有设置超时时间,则需要 notify() 唤醒。而 notify() 是随机唤醒线程。