LockSupport

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1 简介

1.1 概述

LockSupport是用于创建锁和其他同步类的阻塞原语。以下是jdk对LockSupport的描述。 Basic thread blocking primitives for creating locks and other synchronization classes.

1.2 许可

LockSupport通过许可(permit)实现挂起线程、唤醒挂起线程功能。可以按照以下逻辑理解:

  • pack时:如果线程的permit存在,那么线程不会被挂起,立即返回;如果线程的permit不存在,认为线程缺少permit,所以需要挂起等待permit。
  • unpack时:如果线程的permit不存在,那么释放一个permit。因为有permit了,所以如果线程处于挂起状态,那么此线程会被线程调度器唤醒。如果线程的permit存在,permit也不会累加,看起来想什么事都没做一样。注意这一点和Semaphore是不同的。

2 源码分析

2.1 park

主要功能:如果许可存在,那么将这个许可使用掉,并且立即返回。如果许可不存在,那么挂起当前线程,直到以下任意一件事情发生:

  • 其他线程以当前线程为参数,调用unpark(thread)方法
  • 其他线程通过Thread#interrupt中断当前线程。
  • Pack方法没有原因的返回(调用时应该重新检查导致线程暂停的条件)。这一点后面解释。
public static void park(Object blocker) {
    //获取当前线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    //设置线程的blocker对象
    setBlocker(t, blocker);
    //通过UNSAFE调用,挂起线程
    UNSAFE.park(false, 0L);
    //挂起的线程被唤醒以后,需要将阻塞的Blocker清理掉。
    setBlocker(t, null);
}

2.2 pack的多版本

LockSupport中pack有多个版本,如下所示:

方法描述
park(Object)挂起当前线程,具体见上面pack的源码分析
parkNanos(Object, long)指定了一个挂起时间(相对于当前的时间),时间到后自动被唤醒;例如1000纳秒后自动唤醒
parkUntil(Object, long)指定一个挂起时间(绝对时间),时间到后自动被唤醒;例如2018-02-12 21点整自动被唤醒。
park()和park(Object)相比少了挂起前为线程设置blocker、被唤醒后清理blocker的操作。
parkNanos(long)和parkNanos(Object, long)类似,仅少了blocker相关的操作
parkUntil(long)和parkUntil(Object, long)类似,仅少了blocker相关的操作

从上面表格可以看出,park支持blocker对象作为参数。此blocker对象在线程受阻塞时被记录,这样监视工具和诊断工具就可以确定线程受阻塞的原因。建议最好使用这些带blocker的方法版本,而不是不带blocker参数的方法。

2.3 unpark

设置线程许可为可用。

  • 如果线程当前已经被pack挂起,那么这个线程将会被唤醒。
  • 如果线程当前没有被挂起,那么下次调用pack不会挂起线程。
public static void unpark(Thread thread) {
    if (thread != null)
        UNSAFE.unpark(thread);
}

3 分析

3.1 挂起与阻塞

挂起与阻塞主要的区别应该说是它们面向的对象不同。对线程来说, LockSupport的park/unpark更符合阻塞和唤醒的语义,他们以“线程”作为方法的参数,语义更清晰,使用起来也更方便。而wait/notify使“线程”的阻塞/唤醒对线程本身来说是被动的,要准确的控制哪个线程、什么时候阻塞/唤醒是很困难的,所以是要么随机唤醒一个线程(notify)要么唤醒所有的(notifyAll)。 park和unpark方法不会出现Thread.suspend和Thread.resume的死锁问题。这是因为许可的存在,调用park的线程和另一个试图将其unpark的线程之间的将没有竞争关系。此外,如果线程被中断或者超时,则park将返回。 park方法还可以在其他任何时间“毫无理由”地返回,因此通常必须在重新检查返回条件的循环里调用此方法。从这个意义上说,park 是“忙碌等待”的一种优化,它不会浪费这么多的时间进行自旋,但是必须将它与unpark配对使用才更高效。

3.2 使用模型

以下伪代码是pack的常用模型。

while ( !enable() ) {
    //其他业务逻辑
    ...... 
    LockSupport.park(this);
    //其他业务逻辑
    ...... 
}

以下是ReentrantLock中pack的使用代码

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
    LockSupport.park(this);
    return Thread.interrupted();
}