一、LockSupport

LockSupport是JDK中比較底層的類，用來創(chuàng)建鎖和其他同步工具類的基本線程阻塞原語。
Java鎖和同步器框架的核心AQS:AbstractQueuedSynchronizer，就是通過調(diào)用LockSupport.park()和LockSupport.unpark()實現(xiàn)線程的阻塞和喚醒的。LockSupport很類似于二元信號量(只有1個許可證可供使用)，如果這個許可還沒有被占用，當前線程獲取許可并繼續(xù)執(zhí)行；如果許可已經(jīng)被占用，當前線程阻塞，等待獲取許可。
LockSupport中的park() 和 unpark() 的作用分別是阻塞線程和解除阻塞線程，而且park()和unpark()不會遇到“Thread.suspend 和 Thread.resume所可能引發(fā)的死鎖”問題。因為park() 和 unpark()有許可的存在；調(diào)用 park() 的線程和另一個試圖將其 unpark() 的線程之間的競爭將保持活性。 

1.1、LockSupport函數(shù)列表

public class LockSupport {
    // 返回提供給最近一次尚未解除阻塞的 park 方法調(diào)用的 blocker 對象，如果該調(diào)用不受阻塞，則返回 null。
    static Object getBlocker(Thread t);
    // 為了線程調(diào)度，禁用當前線程，除非許可可用。
    static void park();
    // 為了線程調(diào)度，在許可可用之前禁用當前線程。
    static void park(Object blocker);
    // 為了線程調(diào)度禁用當前線程，最多等待指定的等待時間，除非許可可用。
    static void parkNanos(long nanos);
    // 為了線程調(diào)度，在許可可用前禁用當前線程，并最多等待指定的等待時間。
    static void parkNanos(Object blocker, long nanos);
    // 為了線程調(diào)度，在指定的時限前禁用當前線程，除非許可可用。
    static void parkUntil(long deadline);
    // 為了線程調(diào)度，在指定的時限前禁用當前線程，除非許可可用。
    static void parkUntil(Object blocker, long deadline);
    // 如果給定線程的許可尚不可用，則使其可用。
    static void unpark(Thread thread);
}

說明：LockSupport是通過調(diào)用Unsafe函數(shù)中的接口實現(xiàn)阻塞和解除阻塞的。 

1.2、基本使用

// 暫停當前線程
LockSupport.park();
// 恢復某個線程的運行
LockSupport.unpark(暫停線程對象)

先 park 再 unpark

Thread t1 = new Thread(() -> {
    log.debug("start...");
    sleep(1);
    log.debug("park...");
    LockSupport.park();
    log.debug("resume...");
},"t1");
t1.start();
sleep(2);
log.debug("unpark...");
LockSupport.unpark(t1);

輸出：

18:42:52.585 c.TestParkUnpark [t1] - start...
18:42:53.589 c.TestParkUnpark [t1] - park...
18:42:54.583 c.TestParkUnpark [main] - unpark...
18:42:54.583 c.TestParkUnpark [t1] - resume...

先 unpark 再 park

Thread t1 = new Thread(() -> {
    log.debug("start...");
    sleep(2);
    log.debug("park...");
    LockSupport.park();
    log.debug("resume...");
}, "t1");
t1.start();
sleep(1);
log.debug("unpark...");
LockSupport.unpark(t1);

輸出：

18:43:50.765 c.TestParkUnpark [t1] - start...
18:43:51.764 c.TestParkUnpark [main] - unpark...
18:43:52.769 c.TestParkUnpark [t1] - park...
18:43:52.769 c.TestParkUnpark [t1] - resume...

1.3、特點

在調(diào)用對象的Wait之前當前線程必須先獲得該對象的監(jiān)視器(Synchronized)，被喚醒之后需要重新獲取到監(jiān)視器才能繼續(xù)執(zhí)行。而LockSupport并不需要獲取對象的監(jiān)視器。 

與 Object 的 wait & notify 相比

• 1、wait，notify 和 notifyAll 必須配合 Object Monitor 一起使用，而 park，unpark 不必。
• 2、park & unpark 是以線程為單位來【阻塞】和【喚醒】線程，而 notify 只能隨機喚醒一個等待線程，notifyAll是喚醒所有等待線程，但不那么【精確】。
• 3、park & unpark 可以先 unpark，而 wait & notify 不能先 notify。

因為它們本身的實現(xiàn)機制不一樣，所以它們之間沒有交集，也就是說LockSupport阻塞的線程，notify/notifyAll沒法喚醒。
雖然兩者用法不同，但是有一點， LockSupport 的park和Object的wait一樣也能響應中斷。

public class LockSupportTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            LockSupport.park();
            System.out.println("thread:"+Thread.currentThread().getName()+"awake");
            },"t1");
        t.start();
        Thread.sleep(2000);
        //中斷
        t.interrupt();
    }
}

二、LockSupport park & unpark原理

每個線程都會關聯(lián)一個 Parker 對象，每個 Parker 對象都各自維護了三個角色：_counter(計數(shù)器)、 _mutex(互斥量)、_cond(條件變量)。 

2.1、情況一，先調(diào)用park，再調(diào)用unpark

park 操作

1. 當前線程調(diào)用 Unsafe.park() 方法
2. 檢查 _counter ，本情況為 0，這時，獲得 _mutex 互斥鎖
3. 線程進入 _cond 條件變量阻塞

4. 設置 _counter = 0 

   unpark 操作

   

5. 調(diào)用 Unsafe.unpark(Thread_0) 方法，設置 _counter 為 1

6. 喚醒 _cond 條件變量中的 Thread_0
7. Thread_0 恢復運行

8. 設置 _counter 為 0 

   2.2、情況二，先調(diào)用unpark，再調(diào)用park

   

9. 調(diào)用 Unsafe.unpark(Thread_0) 方法，設置 _counter 為 1

10. 當前線程調(diào)用 Unsafe.park() 方法
11. 檢查 _counter ，本情況為 1，這時線程無需阻塞，繼續(xù)運行

12. 設置 _counter 為 0 

    三、LockSupport Java源碼解析

    3.1 變量說明

    public class LockSupport {
     // Hotspot implementation via intrinsics API
     //unsafe常量，設置為使用Unsafe.compareAndSwapInt進行更新
     //UNSAFE字段表示sun.misc.Unsafe類，一般程序中不允許直接調(diào)用
     private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
     //表示parkBlocker在內(nèi)存地址的偏移量
     private static final long parkBlockerOffset;
     //表示threadLocalRandomSeed在內(nèi)存地址的偏移量，此變量的作用暫時還不了解
     private static final long SEED;
     //表示threadLocalRandomProbe在內(nèi)存地址的偏移量，此變量的作用暫時還不了解
     private static final long PROBE;
     //表示threadLocalRandomSecondarySeed在內(nèi)存地址的偏移量
     // 作用是 可以通過nextSecondarySeed()方法來獲取隨機數(shù)
     private static final long SECONDARY;
    }

    變量是如何獲取其實例對象的？

    public class LockSupport {
     static {
         try {
             //實例化unsafe對象
             UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
             Class<?> tk = Thread.class;
             //利用unsafe對象來獲取parkBlocker在內(nèi)存地址的偏移量
             parkBlockerOffset = UNSAFE.objectFieldOffset(tk.getDeclaredField("parkBlocker"));
             //利用unsafe對象來獲取threadLocalRandomSeed在內(nèi)存地址的偏移量
             SEED = UNSAFE.objectFieldOffset(tk.getDeclaredField("threadLocalRandomSeed"));
             //利用unsafe對象來獲取threadLocalRandomProbe在內(nèi)存地址的偏移量  
             PROBE = UNSAFE.objectFieldOffset(tk.getDeclaredField("threadLocalRandomProbe"));
             //利用unsafe對象來獲取threadLocalRandomSecondarySeed在內(nèi)存地址的偏移量  
             SECONDARY = UNSAFE.objectFieldOffset(tk.getDeclaredField("threadLocalRandomSecondarySeed"));
         } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
     }
    }

    由上面代碼可知這些變量是通過static代碼塊在類加載的時候就通過unsafe對象獲取其在內(nèi)存地址的偏移量了。 

    3.2 構(gòu)造方法

    public class LockSupport {
     //LockSupport只有一個私有構(gòu)造函數(shù)，無法被實例化。
     private LockSupport() {} // Cannot be instantiated.
    }

    3.3 兩個特殊的方法

    public class LockSupport {
     //設置線程t的parkBlocker字段的值為arg
     private static void setBlocker(Thread t, Object arg) {
         // Even though volatile, hotspot doesn't need a write barrier here.
         //盡管hotspot易變，但在這里并不需要寫屏障。
         UNSAFE.putObject(t, parkBlockerOffset, arg);
     }
     //獲取當前線程的Blocker值
     public static Object getBlocker(Thread t) {
         //若當前線程為空就拋出異常
         if (t == null)
             throw new NullPointerException();
         //利用unsafe對象獲取當前線程的Blocker值 
         return UNSAFE.getObjectVolatile(t, parkBlockerOffset);
     }
    }

    1、unpark(Thread thread)方法

    public class LockSupport {
     //釋放該線程的阻塞狀態(tài)，即類似釋放鎖，只不過這里是將許可設置為1
     public static void unpark(Thread thread) {
         //判斷線程是否為空
         if (thread != null)
             //釋放該線程許可
             UNSAFE.unpark(thread);
     }
    }

    2、park(Object blocker)方法 和park()方法

    public class LockSupport {
     //阻塞當前線程，并且將當前線程的parkBlocker字段設置為blocker
     public static void park(Object blocker) {
         //獲取當前線程
         Thread t = Thread.currentThread();
         //將當前線程的parkBlocker字段設置為blocker
         setBlocker(t, blocker);
         //阻塞當前線程，第一個參數(shù)表示isAbsolute，是否為絕對時間，第二個參數(shù)就是代表時間
         UNSAFE.park(false, 0L);
         //重新可運行后再此設置Blocker
         setBlocker(t, null);
     }
     //無限阻塞線程，直到有其他線程調(diào)用unpark方法
     public static void park() {
         UNSAFE.park(false, 0L);
     }   
    }

    說明：

• 調(diào)用park函數(shù)時，首先獲取當前線程，然后設置當前線程的parkBlocker字段，即調(diào)用setBlocker函數(shù)， 之后調(diào)用Unsafe類的park函數(shù)，之后再調(diào)用setBlocker函數(shù)。 

  park(Object blocker)函數(shù)中要調(diào)用兩次setBlocker函數(shù)

• 1、調(diào)用park函數(shù)時，當前線程首先設置好parkBlocker字段，然后再調(diào)用 Unsafe的park函數(shù)，此時，當前線程就已經(jīng)阻塞了，等待該線程的unpark函數(shù)被調(diào)用，所以后面的一個 setBlocker函數(shù)無法運行，unpark函數(shù)被調(diào)用，該線程獲得許可后，就可以繼續(xù)運行了，也就運行第二個 setBlocker，把該線程的parkBlocker字段設置為null，這樣就完成了整個park函數(shù)的邏輯。

• 2、如果沒有第二個 setBlocker，那么之后沒有調(diào)用park(Object blocker)，而直接調(diào)用getBlocker函數(shù)，得到的還是前一個 park(Object blocker)設置的blocker，顯然是不符合邏輯的?？傊?，必須要保證在park(Object blocker)整個函數(shù) 執(zhí)行完后，該線程的parkBlocker字段又恢復為null。

所以，park(Object)型函數(shù)里必須要調(diào)用setBlocker函數(shù)兩次。 

3、parkNanos(Object blocker, long nanos)方法 和parkNanos(long nanos)方法

public class LockSupport {
    //阻塞當前線程nanos秒
    public static void parkNanos(Object blocker, long nanos) {
        //先判斷nanos是否大于0，小于等于0都代表無限等待
        if (nanos > 0) {
            //獲取當前線程
            Thread t = Thread.currentThread();
            //將當前線程的parkBlocker字段設置為blocker
            setBlocker(t, blocker);
            //阻塞當前線程現(xiàn)對時間的nanos秒
            UNSAFE.park(false, nanos);
            //將當前線程的parkBlocker字段設置為null
            setBlocker(t, null);
        }
    }   
    //阻塞當前線程nanos秒，現(xiàn)對時間
    public static void parkNanos(long nanos) {
        if (nanos > 0)
            UNSAFE.park(false, nanos);
    }   
}

4、parkUntil(Object blocker, long deadline)方法 和parkUntil(long deadline)方法

public class LockSupport {
    //將當前線程阻塞絕對時間的deadline秒，并且將當前線程的parkBlockerOffset設置為blocker
    public static void parkUntil(Object blocker, long deadline) {
        //獲取當前線程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //設置當前線程parkBlocker字段設置為blocker
        setBlocker(t, blocker);
        //阻塞當前線程絕對時間的deadline秒
        UNSAFE.park(true, deadline);
        //當前線程parkBlocker字段設置為null
        setBlocker(t, null);
    }
    //將當前線程阻塞絕對時間的deadline秒
    public static void parkUntil(long deadline) {
        UNSAFE.park(true, deadline);
    }   
}

總結(jié)：

LockSupport 和 CAS 是Java并發(fā)包中很多并發(fā)工具控制機制的基礎，它們底層其實都是依賴Unsafe實現(xiàn)。很多鎖的類都是基于LockSupport的park和unpark來實現(xiàn)的，所以了解LockSupport類是非常重要的。

到此這篇關于我們來說說Java LockSupport 的 park 和 unpark的文章就介紹到這了,更多相關java LockSupport 的 park 和 unpark內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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