JUCJDK1.8源码分析之LockSupport
Posted leesf
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了JUCJDK1.8源码分析之LockSupport相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一、前言
最开始打算分析ReentrantLock，但是分析到最后，发现离不开LockSuport的支持，所以，索性就先开始分析LockSupport，因为它是锁中的基础，是一个提供锁机制的工具类，所以先对其进行分析。
二、LockSupport源码分析
2.1 类的属性
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，查看其源码，点击在这里，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。
2.2 类的构造函数
// 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。
2.3 核心函数分析
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
① 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。
② 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。
1. 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()函数没有没有blocker，即没有设置线程的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。
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。
① 其他某个线程将当前线程作为目标调用 unpark。
② 其他某个线程中断当前线程。
③ 该调用不合逻辑地（即毫无理由地）返回。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
三、示例说明
3.1 实现两线程同步
1. 使用wait/notify实现
package com.hust.grid.leesf.locksupport; 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 wait
before notify
after notify
after 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
package com.hust.grid.leesf.locksupport; 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(); } } } }
运行结果：
before notify
after notify
before 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。
3.2 使用park/unpark实现
package com.hust.grid.leesf.locksupport; 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(3000); } 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); // 再次获取blocker System.out.println("Blocker info " + LockSupport.getBlocker((Thread) object)); System.out.println("after unpark"); } } public class ParkAndUnparkDemo { 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 park before unpark Blocker info ParkAndUnparkDemo after park Blocker info null after 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
package com.hust.grid.leesf.locksupport; 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 unpark
after unpark
before park
after 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。
2. 中断响应
看下面示例
package com.hust.grid.leesf.locksupport; 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 park
before interrupt
after interrupt
after 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。
四、总结
LockSupport用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。简而言之，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。
经过研究LockSupport源码，对LockSupport的工作机制有了详细的了解，阅读源码受益匪浅，谢谢各位园友观看~
以上是关于JUCJDK1.8源码分析之LockSupport的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
JUCJDK1.8源码分析之LinkedBlockingQueue