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LockSupport是一个线程工具类,所有的方法都是静态方法,可以让线程在任意位置阻塞,也可以在任意位置唤醒。
它的内部其实两类主要的方法:park(停车阻塞线程)和unpark(启动唤醒线程)。
LockSupport,当调用LockSupport.park时,表示当前线程将会等待,直至获得许可,当调用LockSupport.unpark时,必须把等待获得许可的线程作为参数进行传递,好让此线程继续运行。
LockSupport类使用了一种名为Permit(许可)的概念来做到阻塞和唤醒线程的功能,可以把许可看成是一种(0,1)信号量(Semaphore),但与 Semaphore 不同的是,许可的累加上限是1。
初始时,permit为0,当调用unpark()
方法时,线程的permit加1,当调用park()
方法时,如果permit为0,则调用线程进入阻塞状态。
public class LockSupport { // Hotspot implementation via intrinsics API private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE; // 表示内存偏移地址 private static final long parkBlockerOffset; // 表示内存偏移地址 private static final long SEED; // 表示内存偏移地址 private static final long PROBE; // 表示内存偏移地址 private static final long SECONDARY; static { try { // 获取Unsafe实例 UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe(); // 线程类类型 Class tk = Thread.class; // 获取Thread的parkBlocker字段的内存偏移地址 parkBlockerOffset = UNSAFE.objectFieldOffset (tk.getDeclaredField("parkBlocker")); // 获取Thread的threadLocalRandomSeed字段的内存偏移地址 SEED = UNSAFE.objectFieldOffset (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomSeed")); // 获取Thread的threadLocalRandomProbe字段的内存偏移地址 PROBE = UNSAFE.objectFieldOffset (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomProbe")); // 获取Thread的threadLocalRandomSecondarySeed字段的内存偏移地址 SECONDARY = UNSAFE.objectFieldOffset (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomSecondarySeed")); } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); } }}
说明: UNSAFE字段表示sun.misc.Unsafe类,一般程序中不允许直接调用,而long型的表示实例对象相应字段在内存中的偏移地址,可以通过该偏移地址获取或者设置该字段的值。
// 私有构造函数,无法被实例化private LockSupport() {}
说明: LockSupport只有一个私有构造函数,无法被实例化。
在分析LockSupport函数之前,先引入sun.misc.Unsafe类中的park和unpark函数,因为LockSupport的核心函数都是基于Unsafe类中定义的park和unpark函数,下面给出两个函数的定义:
public native void park(boolean isAbsolute, long time);public native void unpark(Thread thread);
说明: 对两个函数的说明如下:
park函数,阻塞线程,并且该线程在下列情况发生之前都会被阻塞: ① 调用unpark函数,释放该线程的许可。② 该线程被中断。③ 设置的时间到了。并且,当time为绝对时间时,isAbsolute为true,否则,isAbsolute为false。当time为0时,表示无限等待,直到unpark发生。
unpark函数,释放线程的许可,即激活调用park后阻塞的线程。这个函数不是安全的,调用这个函数时要确保线程依旧存活。
park函数
park函数有两个重载版本,方法摘要如下
public static void park();public static void park(Object blocker);
说明: 两个函数的区别在于park()函数有没有blocker,即有没有设置线程的parkBlocker字段。park(Object)型函数如下。
public static void park(Object blocker) { // 获取当前线程 Thread t = Thread.currentThread(); // 设置Blocker setBlocker(t, blocker); // 获取许可 UNSAFE.park(false, 0L); // 重新可运行后再此设置Blocker setBlocker(t, null);}
说明: 调用park函数时,首先获取当前线程,然后设置当前线程的parkBlocker字段,即调用setBlocker函数,之后调用Unsafe类的park函数,之后再调用setBlocker函数。那么问题来了,为什么要在此park函数中要调用两次setBlocker函数呢? 原因其实很简单,调用park函数时,当前线程首先设置好parkBlocker字段,然后再调用Unsafe的park函数,此后,当前线程就已经阻塞了,等待该线程的unpark函数被调用,所以后面的一个setBlocker函数无法运行,unpark函数被调用,该线程获得许可后,就可以继续运行了,也就运行第二个setBlocker,把该线程的parkBlocker字段设置为null,这样就完成了整个park函数的逻辑。如果没有第二个setBlocker,那么之后没有调用park(Object blocker),而直接调用getBlocker函数,得到的还是前一个park(Object blocker)设置的blocker,显然是不符合逻辑的。总之,必须要保证在park(Object blocker)整个函数执行完后,该线程的parkBlocker字段又恢复为null。所以,park(Object)型函数里必须要调用setBlocker函数两次。setBlocker方法如下。
private static void setBlocker(Thread t, Object arg) { // 设置线程t的parkBlocker字段的值为arg UNSAFE.putObject(t, parkBlockerOffset, arg);}
说明: 此方法用于设置线程t的parkBlocker字段的值为arg。
UNSAFE是一个非常强大的类,他的的操作是基于底层的,也就是可以直接操作内存,因此我们从JVM的角度来分析一下:
每个java线程都有一个Parker实例:
我们换一种角度来理解一下park和unpark,可以想一下,park其实就相当于一个许可,告诉特定线程你可以停车,特定线程想要park停车的时候一看到有许可,就可以立马停车继续运行了。因此其执行顺序可以颠倒。
现在有了这个概念,我们体会一下上面JVM层面park的方法,这里面counter字段,就是用来记录所谓的“许可”的。
当调用park时,先尝试直接能否直接拿到“许可”,即_counter>0时,如果成功,则把_counter设置为0,并返回。
如果不成功,则构造一个ThreadBlockInVM,然后检查_counter是不是>0,如果是,则把_counter设置为0,unlock mutex并返回:
否则,再判断等待的时间,然后再调用pthread_cond_wait函数等待,如果等待返回,则把_counter设置为0,unlock mutex并返回:
这就是整个park的过程,总结来说就是消耗“许可”的过程。
另外一个无参重载版本,park()函数如下。
public static void park() { // 获取许可,设置时间为无限长,直到可以获取许可 UNSAFE.park(false, 0L);}
说明: 调用了park函数后,会禁用当前线程,除非许可可用。在以下三种情况之一发生之前,当前线程都将处于休眠状态,即下列情况发生时,当前线程会获取许可,可以继续运行。
parkNanos函数
此函数表示在许可可用前禁用当前线程,并最多等待指定的等待时间。具体函数如下。
public static void parkNanos(Object blocker, long nanos) { if (nanos > 0) { // 时间大于0 // 获取当前线程 Thread t = Thread.currentThread(); // 设置Blocker setBlocker(t, blocker); // 获取许可,并设置了时间 UNSAFE.park(false, nanos); // 设置许可 setBlocker(t, null); }}
说明: 该函数也是调用了两次setBlocker函数,nanos参数表示相对时间,表示等待多长时间。
parkUntil函数
此函数表示在指定的时限前禁用当前线程,除非许可可用, 具体函数如下:
public static void parkUntil(Object blocker, long deadline) { // 获取当前线程 Thread t = Thread.currentThread(); // 设置Blocker setBlocker(t, blocker); UNSAFE.park(true, deadline); // 设置Blocker为null setBlocker(t, null);}
说明: 该函数也调用了两次setBlocker函数,deadline参数表示绝对时间,表示指定的时间。
unpark函数
此函数表示如果给定线程的许可尚不可用,则使其可用。如果线程在 park 上受阻塞,则它将解除其阻塞状态。否则,保证下一次调用 park 不会受阻塞。如果给定线程尚未启动,则无法保证此操作有任何效果。具体函数如下:
public static void unpark(Thread thread) { if (thread != null) // 线程为不空 UNSAFE.unpark(thread); // 释放该线程许可}
说明: 释放许可,指定线程可以继续运行。
class MyThread extends Thread { public void run() { synchronized (this) { System.out.println("before notify"); notify(); System.out.println("after notify"); } }}public class WaitAndNotifyDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { MyThread myThread = new MyThread(); synchronized (myThread) { try { myThread.start(); // 主线程睡眠3s Thread.sleep(3000); System.out.println("before wait"); // 阻塞主线程 myThread.wait(); System.out.println("after wait"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }}
运行结果
before waitbefore notifyafter notifyafter wait
说明: 具体的流程图如下
使用wait/notify实现同步时,必须先调用wait,后调用notify,如果先调用notify,再调用wait,将起不了作用。具体代码如下
class MyThread extends Thread { public void run() { synchronized (this) { System.out.println("before notify"); notify(); System.out.println("after notify"); } }}public class WaitAndNotifyDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { MyThread myThread = new MyThread(); myThread.start(); // 主线程睡眠3s Thread.sleep(3000); synchronized (myThread) { try { System.out.println("before wait"); // 阻塞主线程 myThread.wait(); System.out.println("after wait"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }}
:
before notifyafter notifybefore wait
说明: 由于先调用了notify,再调用的wait,此时主线程还是会一直阻塞。
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;class MyThread extends Thread { private Object object; public MyThread(Object object) { this.object = object; } public void run() { System.out.println("before unpark"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 获取blocker System.out.println("Blocker info " + LockSupport.getBlocker((Thread) object)); // 释放许可 LockSupport.unpark((Thread) object); // 休眠500ms,保证先执行park中的setBlocker(t, null); try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 再次获取blocker System.out.println("Blocker info " + LockSupport.getBlocker((Thread) object)); System.out.println("after unpark"); }}public class test { public static void main(String[] args) { MyThread myThread = new MyThread(Thread.currentThread()); myThread.start(); System.out.println("before park"); // 获取许可 LockSupport.park("ParkAndUnparkDemo"); System.out.println("after park"); }}
运行结果:
before parkbefore unparkBlocker info ParkAndUnparkDemoafter parkBlocker info nullafter unpark
说明: 本程序先执行park,然后在执行unpark,进行同步,并且在unpark的前后都调用了getBlocker,可以看到两次的结果不一样,并且第二次调用的结果为null,这是因为在调用unpark之后,执行了Lock.park(Object blocker)函数中的setBlocker(t, null)函数,所以第二次调用getBlocker时为null。
上例是先调用park,然后调用unpark,现在修改程序,先调用unpark,然后调用park,看能不能正确同步。具体代码如下
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;class MyThread extends Thread { private Object object; public MyThread(Object object) { this.object = object; } public void run() { System.out.println("before unpark"); // 释放许可 LockSupport.unpark((Thread) object); System.out.println("after unpark"); }}public class ParkAndUnparkDemo { public static void main(String[] args) { MyThread myThread = new MyThread(Thread.currentThread()); myThread.start(); try { // 主线程睡眠3s Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("before park"); // 获取许可 LockSupport.park("ParkAndUnparkDemo"); System.out.println("after park"); }}
运行结果:
before unparkafter unparkbefore parkafter park
说明: 可以看到,在先调用unpark,再调用park时,仍能够正确实现同步,不会造成由wait/notify调用顺序不当所引起的阻塞。因此park/unpark相比wait/notify更加的灵活。
看下面示例
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;class MyThread extends Thread { private Object object; public MyThread(Object object) { this.object = object; } public void run() { System.out.println("before interrupt"); try { // 休眠3s Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } Thread thread = (Thread) object; // 中断线程 thread.interrupt(); System.out.println("after interrupt"); }}public class InterruptDemo { public static void main(String[] args) { MyThread myThread = new MyThread(Thread.currentThread()); myThread.start(); System.out.println("before park"); // 获取许可 LockSupport.park("ParkAndUnparkDemo"); System.out.println("after park"); }}
运行结果:
before parkbefore interruptafter interruptafter park
说明: 可以看到,在主线程调用park阻塞后,在myThread线程中发出了中断信号,此时主线程会继续运行,也就是说明此时interrupt起到的作用与unpark一样。
首先,我们先来看看Thread.sleep()和Object.wait()的区别
Thread.sleep()不会释放占有的锁,Object.wait()会释放占有的锁;
其实,他们俩最大的区别就是Thread.sleep()不会释放锁资源,Object.wait()会释放锁资源。
Object.wait()和Condition.await()的原理是基本一致的,不同的是Condition.await()底层是调用LockSupport.park()来实现阻塞当前线程的。
实际上,它在阻塞当前线程之前还干了两件事,一是把当前线程添加到条件队列中,二是“完全”释放锁,也就是让state状态变量变为0,然后才是调用LockSupport.park()阻塞当前线程。
LockSupport.park()还有几个兄弟方法——parkNanos()、parkUtil()等,我们这里说的park()方法统称这一类方法。
二者都会阻塞当前线程的运行,他们有什么区别呢? 经过上面的分析相信你一定很清楚了,真的吗? 往下看!
park()/unpark()底层的原理是“二元信号量”,你可以把它相像成只有一个许可证的Semaphore,只不过这个信号量在重复执行unpark()的时候也不会再增加许可证,最多只有一个许可证。
不会,它只负责阻塞当前线程,释放锁资源实际上是在Condition的await()方法中实现的
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