LockSupport 线程工具类有啥用？

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了LockSupport 线程工具类有啥用？相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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本文转自公众号：程序猿阿星

内容大纲

LockSupport基本概念

LockSupport是线程工具类，主要作用是阻塞和唤醒线程，底层实现依赖Unsafe，同时它还是锁和其他同步类实现的基础，LockSupport提供两类静态函数分别是park和unpark，即阻塞与唤醒线程，下面是两段代码示例

示例-1

public static void main(String[] agrs) throws InterruptedException {
        Thread th = new Thread(() -> {
            //阻塞当前线程
            LockSupport.park();
            System.out.println("子线程执行---------");
        });
        th.start();
        //睡眠2秒
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("主线程执行---------");
        //唤醒线程
        LockSupport.unpark(th);
    }
}


输出结果：
主线程执行---------
子线程执行---------

上述示例中，子线程th调用LockSupport.park()阻塞，主线程睡眠2秒后，执行LockSupport.unpark(th)唤醒th线程，先阻塞后唤醒非常好理解，接下来读者们再看下面的示例

示例-2

public static void main(String[] agrs) throws InterruptedException {
        Thread th = new Thread(() -> {
            //唤醒当前线程
            LockSupport.unpark(Thread.currentThread());
            //阻塞当前线程
            LockSupport.park();
            System.out.println("子线程执行---------");
        });
        th.start();
        //睡眠2秒
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("主线程执行---------");
}



输出结果：
子线程执行---------
主线程执行---------

嗯？先唤醒th线程，再阻塞th线程，最终th线程没有被阻塞，这是为什么？下面LockSupport的设计思路会为读者们解开疑惑，并更进一步明确是park和unpark的语义（从广义上来说park和unpark代表阻塞和唤醒）。

设计思路

LockSupport的设计思路是通过许可证来实现的，就像汽车上高速公路，入口处要获取通行卡，出口处要交出通行卡，如果没有通行卡你就无法出站，当然你可以选择补一张通行卡。

LockSupport会为使用它的线程关联一个许可证（permit）状态，permit的语义「是否拥有许可」，0代表否，1代表是，默认是0。

  • LockSupport.unpark：指定线程关联的permit直接更新为1，如果更新前的permit<1，唤醒指定线程

  • LockSupport.park：当前线程关联的permit如果>0，直接把permit更新为0，否则阻塞当前线程

  • 线程A执行LockSupport.park，发现permit为0，未持有许可证，阻塞线程A

  • 线程B执行LockSupport.unpark（入参线程A），为A线程设置许可证，permit更新为1，唤醒线程A

  • 线程B流程结束

  • 线程A被唤醒，发现permit为1，消费许可证，permit更新为0

  • 线程A执行临界区

  • 线程A流程结束

经过上面的分析得出结论unpark的语义明确为「使线程持有许可证」，park的语义明确为「消费线程持有的许可」，所以unpark与park的执行顺序没有强制要求，只要控制好使用的线程即可，unpark=>park执行流程如下

  • permit默认是0，线程A执行LockSupport.unpark，permit更新为1，线程A持有许可证

  • 线程A执行LockSupport.park，此时permit是1，消费许可证，permit更新为0

  • 执行临界区

  • 流程结束

最后再补充下park注意点，因park阻塞的线程不仅仅会被unpark唤醒，还可能会被线程中断（Thread.interrupt）唤醒，而且不会抛出InterruptedException异常，所以建议在park后自行判断线程中断状态，来做对应的业务处理。

优点

为什么推荐使用LockSupport来做线程的阻塞与唤醒（线程间协同工作），因为它具备如下优点

  • 以线程为操作对象更符合阻塞线程的直观语义

  • 操作更精准，可以准确地唤醒某一个线程（notify随机唤醒一个线程，notifyAll唤醒所有等待的线程）

  • 无需竞争锁对象（以线程作为操作对象），不会因竞争锁对象产生死锁问题

  • unpark与park没有严格的执行顺序，不会因执行顺序引起死锁问题，比如「Thread.suspend和Thread.resume」没按照严格顺序执行，就会产生死锁

另外LockSupport还提供了park的重载函数，提升灵活性

  • void parkNanos(long nanos)：增加了超时机制

  • void parkUntil(long deadline)：加入超时机制（指定到某个时间点，1970年到指定时间点的毫秒数）

  • void park(Object blocker)：设置blocker对象，当线程没有许可证被阻塞时，该对象会被记录到该线程的内部，方便后续使用诊断工具进行问题排查

  • void parkNanos(Object blocker, long nanos)：设置blocker对象，加入超时机制

  • void parkUntil(Object blocker, long deadline)：设置blocker对象，加入超时机制（指定到某个时间点，1970年到指定时间点的毫秒数）

建议使用时，传入blocker对象，至于超时根据业务场景选择

实践

使用LockSupport来完成一道阿里经典的多线程协同工作面试题。

有3个独立的线程，一个只会输出A，一个只会输出B，一个只会输出C，在三个线程启动的情况下，请用合理的方式让他们按顺序打印ABCABC。

思路如下

  • 准备3个线程，分别固定打印A、B、C

  • 线程输出完A、B、C后需要阻塞等待唤醒

  • 额外准备第4个线程，作为另外3个线程的调度器，有序的控制3个线程执行

是不是很简单，下面通过代码来实践

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

        LockSupportMain lockSupportMain = new LockSupportMain();
        
        //定义线程t1、t2、t3执行的函数方法
        Consumer<String> consumer = str -> {
            while (true) {
                //线程消费许可证，并传入blocker，方便后续排查问题
                LockSupport.park(lockSupportMain);
                //防止线程是因中断操作唤醒
                if (Thread.currentThread().isInterrupted()){
                    throw new RuntimeException("线程被中断，异常结束");
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + str);
            }
        };
        
        /**
         * 定义分别输出A、B、C的线程
         */
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            consumer.accept("A");
        },"T1");
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            consumer.accept("B");
        },"T2");
        Thread t3 = new Thread(() -> {
            consumer.accept("C");
        },"T3");

        
        /**
         * 定义调度线程
         */
        Thread dispatch = new Thread(() -> {
            int i=0;
            try {
                while (true) {
                    if((i%3)==0) {
                        //线程t1设置许可证，并唤醒线程t1
                        LockSupport.unpark(t1);
                    }else if((i%3)==1) {
                        //线程t2设置许可证，并唤醒线程t2
                        LockSupport.unpark(t2);
                    }else {
                        //线程t3设置许可证，并唤醒线程t3
                        LockSupport.unpark(t3);
                    }
                    i++;
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        //启动相关线程
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        dispatch.start();
        
}


输出内容：
T1:A
T2:B
T3:C
T1:A
T2:B
T3:C
T1:A
T2:B
T3:C

最后再留个题目给读者们思考，使用包含但不限于Synchronized、ReentrantLock来完成这个功能。另外，关注公众号Java技术栈，在后台回复：面试，可以获取我整理的 Java 多线程系列面试题和答案，非常齐全。



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