CH10-LockSupport

功能介绍

LockSupport 是用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。

当调用 LockSupport.park 时，当前线程会等待直至获取许可；
当调用 LockSupport.unpack 时，必须把扥带获取许可的线程作为参数传递，以使其恢复运行。

源码分析

基本属性

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); }
    }
}

构造函数

仅有一个私有构造函数，无法被实例化。

核心函数

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);

park 函数：阻塞线程，该线程在下列情况发生之前都会被阻塞：
- 调用 unpark 函数，释放该线程的许可。
- 该线程被中断。
- 设置的时间到期，如果 time 为 0 则表示无限等待。
unpark 函数：释放线程的许可，使调用 park 的线程恢复执行。调用时要确保线性仍然活着。

park

public static void park()；
public static void park(Object blocker)；

// 第二个函数的实现
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);
}

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 方法，之后调用 UnSafe.park，之后再调用 setBlocker 方法。

调用 park 函数式，当前线程首先设置好 parkBlocker 字段，然后调用 UnSafe.park，此后，当前线程就阻塞了，开始等待该线程的 unpark 函数被调用，所以后面的一个 setBlocker 函数无法执行；unpack 函数被调用后，该线程获得许可，就可以接着执行第二个 setBlocker，把该线程的 parkBlocker 设为 null，即完成了整个 park 函数的逻辑。

如果没有第二个 setBlocker，那么之后没有调用 park(blocker)，而直接调用 getBlocker 函数时，会得到原来设置的 blocker，显然不符合逻辑。总之，必须要保证 park 执行完成之后，blocker 被设为 null。

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。

其他某个线程将当前线程作为目标调用 unpark。
其他某个线程中断当前线程。
该调用不合逻辑地(即毫无理由地)返回。

parkNanos

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。

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);
    }
}

parkUntil

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);
}

unpark

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。

public static void unpark(Thread thread) {
    if (thread != null) // 线程为不空
        UNSAFE.unpark(thread); // 释放该线程许可
}

应用示例

使用wait/notify实现线程同步

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();
            }            
        }        
    }
}

before wait
before notify
after notify
after wait

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。

使用park/unpark实现线程同步

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(1000);
        } 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);
        // 休眠500ms，保证先执行park中的setBlocker(t, null);
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 再次获取blocker
        System.out.println("Blocker info " + LockSupport.getBlocker((Thread) object));

        System.out.println("after unpark");
    }
}

public class test {
    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");
    }
}

before park
before unpark
Blocker info ParkAndUnparkDemo
after park
Blocker info null
after unpark

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。

中断响应

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");
    }
}

before park
before interrupt
after interrupt
after park

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。

深入理解

Thread.sleep() 和 Object.wait() 的区别

Thread.sleep()不会释放占有的锁，Object.wait()会释放占有的锁；
Thread.sleep()必须传入时间，Object.wait()可传可不传，不传表示一直阻塞下去；
Thread.sleep()到时间了会自动唤醒，然后继续执行；
Object.wait()不带时间的，需要另一个线程使用Object.notify()唤醒；
Object.wait()带时间的，假如没有被notify，到时间了会自动唤醒，这时又分好两种情况：
- 一是立即获取到了锁，线程自然会继续执行；
- 二是没有立即获取锁，线程进入同步队列等待获取锁；

他们俩最大的区别就是Thread.sleep()不会释放锁资源，Object.wait()会释放锁资源。

Object.wait() 和 Condition.await() 的区别

Object.wait()和Condition.await()的原理是基本一致的，不同的是Condition.await()底层是调用LockSupport.park()来实现阻塞当前线程的。

实际上，它在阻塞当前线程之前还干了两件事，一是把当前线程添加到条件队列中，二是“完全”释放锁，也就是让state状态变量变为0，然后才是调用LockSupport.park()阻塞当前线程。

Thread.sleep()和LockSupport.park()的区别

LockSupport.park()还有几个兄弟方法——parkNanos()、parkUtil()等，我们这里说的park()方法统称这一类方法。

从功能上来说，Thread.sleep()和LockSupport.park()方法类似，都是阻塞当前线程的执行，且都不会释放当前线程占有的锁资源；
Thread.sleep()没法从外部唤醒，只能自己醒过来；
LockSupport.park()方法可以被另一个线程调用LockSupport.unpark()方法唤醒；
Thread.sleep()方法声明上抛出了InterruptedException中断异常，所以调用者需要捕获这个异常或者再抛出；
LockSupport.park()方法不需要捕获中断异常；
Thread.sleep()本身就是一个native方法；
LockSupport.park()底层是调用的Unsafe的native方法；

Object.wait()和LockSupport.park()的区别

二者都会阻塞当前线程的运行：

Object.wait()方法需要在synchronized块中执行；
LockSupport.park()可以在任意地方执行；
Object.wait()方法声明抛出了中断异常，调用者需要捕获或者再抛出；
LockSupport.park()不需要捕获中断异常；
Object.wait()不带超时的，需要另一个线程执行notify()来唤醒，但不一定继续执行后续内容；
LockSupport.park()不带超时的，需要另一个线程执行unpark()来唤醒，一定会继续执行后续内容；
如果在wait()之前执行了notify()会怎样? 抛出IllegalMonitorStateException异常；
如果在park()之前执行了unpark()会怎样? 线程不会被阻塞，直接跳过park()，继续执行后续内容；

park()/unpark()底层的原理是“二元信号量”，你可以把它相像成只有一个许可证的Semaphore，只不过这个信号量在重复执行unpark()的时候也不会再增加许可证，最多只有一个许可证。

LockSupport.park()会释放锁资源吗?

不会，它只负责阻塞当前线程，释放锁资源实际上是在Condition的await()方法中实现的。

Feedback

Was this page helpful?

Glad to hear it! Please tell us how we can improve.

Sorry to hear that. Please tell us how we can improve.