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。