LockSupport
是用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。
此类以及每个使用它的线程与一个许可关联(从 Semaphore 类的意义上说)。如果该许可可用,并且可在进程中使用,则调用 park
将立即返回;否则可能阻塞。如果许可尚不可用,则可以调用 unpark
使其可用。(但与Semaphore 不同的是,许可不能累积,并且最多只能有一个许可。)
park
和 unpark
方法提供了阻塞和解除阻塞线程的有效方法,并且不会遇到导致过时方法Thread.suspend和Thread.resume 因为以下目的变得不可用的问题:由于许可的存在,调用park 的线程和另一个试图将其unpark的线程之间的竞争将保持活性。此外,如果调用者线程被中断,并且支持超时,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。
LockSupport
定义了如下静态方法:
三种形式的 park
还各自支持一个 blocker
对象参数。此对象在线程受阻塞时被记录,以允许监视工具和诊断工具确定线程受阻塞的原因。(这样的工具可以使用方法 getBlocker(java.lang.Thread)
访问blocker。)建议最好使用这些形式,而不是不带此参数的原始形式。在锁实现中提供的作为 blocker
的普通参数是 this
。
这些方法被设计用来作为创建高级同步实用工具的工具,对于大多数并发控制应用程序而言,它们本身并不是很有用。park 方法仅设计用于以下形式的构造:
while (!canProceed()) { ... LockSupport.park(this); }
在这里,在调用park之前,canProceed和其他任何动作都不会锁定或阻塞。因为每个线程只与一个许可关联,park的任何中间使用都可能干扰其预期效果。
private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE; private static final long parkBlockerOffset; private static final long SEED; private static final long PROBE; private static final long SECONDARY; static { try { UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe(); Class<?> tk = Thread.class; parkBlockerOffset = UNSAFE.objectFieldOffset (tk.getDeclaredField("parkBlocker")); SEED = UNSAFE.objectFieldOffset (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomSeed")); PROBE = UNSAFE.objectFieldOffset (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomProbe")); SECONDARY = UNSAFE.objectFieldOffset (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomSecondarySeed")); } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); } }
sun.misc.Unsafe parkBlockerOffset
/** * The argument supplied to the current call to * java.util.concurrent.locks.LockSupport.park. * Set by (private) java.util.concurrent.locks.LockSupport.setBlocker * Accessed using java.util.concurrent.locks.LockSupport.getBlocker */ volatile Object parkBlocker;
从注释上看,就是给LockSupport的 setBlocker
和 getBlocker
调用。另外在LockSupport的java doc中也写到:
This object is recorded while the thread is blocked to permit monitoring and diagnostic tools to identify the reasons that threads are blocked. (Such tools may access blockers using method [getBlocker(Thread).) The use of these forms rather than the original forms without this parameter is strongly encouraged. The normal argument to supply as a blockerwithin a lock implementation is this.
大致是说, parkBlocker
是当线程被阻塞的时候被记录,以便监视和诊断工具来识别线程被阻塞的原因。
Unsafe类提供了获取某个字段相对Java对象的“起始地址”的偏移量的方法objectFieldOffset,从而能够获取该字段的值。那么为什么记录该blocker在对象中的偏移量,而不是直接调用 Thread.getBlocker()
,这样不是更好。
parkBlocker
就是在线程处于阻塞的情况下才会被赋值。线程都已经阻塞了,如果不通过这种内存的方法,而是直接调用线程内的方法,线程是不会回应调用的。
park方法阻塞的是当前的线程,也就是说在哪个线程中调用,那么哪个线程就被阻塞(在没有获得许可的情况下)。
public static void park() { UNSAFE.park(false, 0L); }
UNSAFE.park
的两个参数,第一个参数为true的时候表示传入的是绝对时间,false表示相对时间,即从当前时间开始算。第二个参数就是等待的时间,0L表示永久等待。
根据java doc中的描述,调用park后有三种情况,能使线程继续执行下去:
验证一:
public class UnparkTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread ut = new Thread(new UnparkThread(Thread.currentThread())); ut.start(); System.out.println("I'm going to call park"); // Thread.sleep(1000L); LockSupport.park(); System.out.println("oh, I'm running again"); } } class UnparkThread implements Runnable { private final Thread t; UnparkThread(Thread t) { this.t = t; } @Override public void run() { try { Thread.sleep(1000L); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("I'm in unpark"); LockSupport.unpark(t); System.out.println("I called unpark"); } }
运行结果:
LockSupport对park和unpark的调用顺序并没有要求,将两个Thread.sleep(1000L);注释切换一下就可以发现,先调用unpark,再调用park,依旧可以获得许可,让线程继续运行。这一点与Object的wait和notify 要求固定的顺序不同。
验证二:
public class LockSupportInterrupt { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread t = new Thread(new InterruptThread()); t.start(); Thread.sleep(1000L); System.out.println("I'm going to interrupt"); t.interrupt(); } } class InterruptThread implements Runnable { @Override public void run() { System.out.println("I'm going to park"); LockSupport.park(); System.out.println("I'm going to again"); } }
运行结果:
LockSupport的park能够能响应interrupt事件,且不会抛出InterruptedException异常。
public static void park(Object blocker) { Thread t = Thread.currentThread(); setBlocker(t, blocker); UNSAFE.park(false, 0L); setBlocker(t, null); }
再看一下setBlocker的代码:
private static void setBlocker(Thread t, Object arg) { // Even though volatile, hotspot doesn't need a write barrier here. UNSAFE.putObject(t, parkBlockerOffset, arg); }
方法是私有的,嗯,为了保证正确性,肯定不能被其他类调用。另外就是利用了之前提到的偏移量以及unsafe对象将blocker值设置进了线程t当中。
public static void unpark(Thread thread) { if (thread != null) UNSAFE.unpark(thread); }
判断是否为空,然后调用unsafe的unpark方法。由此更可见unsafe这个类的重要性。
可能有些朋友还是不理解“许可”这个概念,我们深入HotSpot的源码来看看。
每个java线程都有一个Parker实例,Parker类是这样定义的:
可以看到Parker类实际上用Posix的mutex,condition来实现的。在Parker类里的_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pthreadcondwait函数等待,如果等待返回,则把_counter设置为0,unlock mutex并返回:
当unpark时,则简单多了,直接设置 _counter为1,再unlock mutext返回。如果 _counter之前的值是0,则还要调用pthreadcondsignal唤醒在park中等待的线程:
简而言之,是用mutex和condition保护了一个_counter的变量,当park时,这个变量置为了0,当unpark时,这个变量置为1。
值得注意的是在park函数里,调用pthreadcondwait时,并没有用while来判断,所以posix condition里的"Spurious wakeup"一样会传递到上层Java的代码里。关于"Spurious wakeup",可以参考:并行编程之条件变量(posix condition variables)
public class JstackTest { public static void main(String[] args) { // 给main线程设置名字,好查找一点 Thread.currentThread().setName("jstacktest"); LockSupport.park("block"); } }
利用park(blocker)来阻塞main线程,传入string作为parkBlocker。
运行之后,运行jps命令:
然后再利用jstack来查看:
public class FIFOMutex { private final AtomicBoolean locked = new AtomicBoolean(false); private final Queue<Thread> waiters = new ConcurrentLinkedQueue<Thread>(); public void lock() { boolean wasInterrupted = false; Thread current = Thread.currentThread(); waiters.add(current); // Block while not first in queue or cannot acquire lock while (waiters.peek() != current || !locked.compareAndSet(false, true)) { LockSupport.park(this); if (Thread.interrupted()) // ignore interrupts while waiting wasInterrupted = true; } waiters.remove(); if (wasInterrupted) // reassert interrupt status on exit current.interrupt(); } public void unlock() { locked.set(false); LockSupport.unpark(waiters.peek()); } }
先进先出锁就是先申请锁的线程最先获得锁的资源,实现上采用了队列再加上LockSupport.park。