【Java 并发笔记】LockSupport 工具相关整理

文前说明

作为码农中的一员，需要不断的学习，我工作之余将一些分析总结和学习笔记写成博客与大家一起交流，也希望采用这种方式记录自己的学习之旅。

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1. LockSupport

• LockSupport 是用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。
  • 是一个简单的代理类，里面的代码都是使用 Unsafe 类里面的方法。
  • JDK 对 LockSupport 的描述：Basic thread blocking primitives for creating locks and other synchronization classes。
  • 在 Java 多线程中，当需要阻塞或者唤醒一个线程时，都会使用 LockSupport 工具类来完成相应的工作。
    • LockSupport 定义了一组公共静态方法，这些方法提供了最基本的线程阻塞和唤醒功能，而 LockSupport 也因此成为了构建同步组件的基础工具。
• LockSupport 中的 park() 和 unpark() 的作用分别是阻塞线程和解除阻塞线程，而且 park() 和 unpark() 不会遇到 " Thread.suspend " 和 " Thread.resume " 所可能引发的 死锁 问题。
  • 因为 park() 和 unpark() 有许可的存在。
  • 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。

1.1 LockSupport 函数列表

// 返回提供给最近一次尚未解除阻塞的 park 方法调用的 blocker 对象，如果该调用不受阻塞，则返回 null。
static Object getBlocker(Thread t)
// 为了线程调度，禁用当前线程，除非许可可用。
static void park()
// 为了线程调度，在许可可用之前禁用当前线程。
static void park(Object blocker)
// 为了线程调度禁用当前线程，最多等待指定的等待时间，除非许可可用。
static void parkNanos(long nanos)
// 为了线程调度，在许可可用前禁用当前线程，并最多等待指定的等待时间。
static void parkNanos(Object blocker, long nanos)
// 为了线程调度，在指定的时限前禁用当前线程，除非许可可用。
static void parkUntil(long deadline)
// 为了线程调度，在指定的时限前禁用当前线程，除非许可可用。
static void parkUntil(Object blocker, long deadline)
// 如果给定线程的许可尚不可用，则使其可用。
static void unpark(Thread thread)

• LockSupport 的核心方法是基于 Unsafe 类中的 park() 和 unpark() 方法。
  • 变量 isAbsolute 代表传入的 time 是绝对时间还是相对时间。
  • unpark 函数为线程提供 " 许可（permit）"，线程调用 park() 函数则等待 " 许可 "，有点像信号量，但是这个 " 许可 " 是不能叠加的，" 许可 " 是一次性的。可以理解为设置一个变量 0，1 之间的切换。
  • 如果线程 B 连续调用了多次 unpark() 函数，当线程 A 调用 park() 函数就使用了这个 " 许可 "，如果线程 A 第二次调用 park()，则进入等待状态。
  • unpark() 函数可以先于 park() 调用。
    • 如线程 B 调用 unpark() 函数，给线程 A 一个 " 许可 "，那么当线程 A 调用 park() 时，发现已经有 " 许可 "，可以马上继续运行，不会阻塞。

//阻塞线程
public native void park(boolean isAbsolute, long time);
//取消阻塞线程
public native void unpark(Object thread);

• 调用了 park() 方法后,会禁用当前线程，以下几种情况时，线程会被唤醒。
  • 其他某个线程将当前线程作为目标调用 unpark()。（调用 unpark 方法）
  • 其他某个线程中断当前线程。（被中断 interrupts）
  • 该调用不合逻辑地（即毫无理由地）返回。（posix condition 里的 " Spurious wakeup "）

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);
}

• 获取当前线程,设置当前线程的 parkBlocker 字段，调用 Unsafe 类的 park() 方法，再次调用setBlocker 的原因。

  • Unsafe 的 park() 方法之后，当前线程已被阻塞。
  • unpark() 方法被调用，该线程获得许可后，继续进行下面的代码，setBlocker() 参数 parkBlocker 字段设置为 null，这样就完成了整个 park() 方法的逻辑。

• setBlocker 修改的是 parkBlockerOffset 变量。

  • 这个变量是挂起线程对象的偏移地址，对应的是 Thread 类的 parkBlocker。
  • 这个对象是用于记录线程被阻塞时被谁阻塞，用于线程监控和分析工具定位原因。
  • parkBlocker 是在线程处于阻塞的情况下才被赋值。线程已经被阻塞，只能通过设置偏移量这种修改内存的方法来进行修改，如果调用线程内的方法，线程是不会回应调用的。

Class tk = Thread.class;
parkBlockerOffset = UNSAFE.objectFieldOffset(tk.getDeclaredField("parkBlocker"));

• 阻塞当前线程，最长等待时间不超过 nanos 毫秒，同样，在阻塞当前线程的时候做了记录当前线程等待的对象操作。

public static void parkNanos(Object blocker, long nanos) {
        if (nanos > 0) {
            Thread t = Thread.currentThread();
            setBlocker(t, blocker);
            UNSAFE.park(false, nanos);
            setBlocker(t, null);
        }
}

• 阻塞当前线程直到 deadline 时间，相同的，也做了阻塞前记录当前线程等待对象的操作。

public static void parkUntil(Object blocker, long deadline) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        setBlocker(t, blocker);
        UNSAFE.park(true, deadline);
        setBlocker(t, null);
}

• 线程在 park() 上受阻塞，将解除其阻塞状态。
  • 否则，预发许可，下一次调用 park() 不会受阻塞。

public static void unpark(Thread thread) {
        if (thread != null)
            UNSAFE.unpark(thread);
}

1.2 与 wait()、notify() 的区别

• 面向的主体不一样。
  • LockSupport 主要是针对 Thread 进进行阻塞处理，可以指定阻塞队列的目标对象，每次可以指定具体的线程唤醒。
  • Object.wait() 是以对象为纬度，阻塞当前的线程和唤醒单个（随机）或者所有线程。
• 实现机制不同。
  • 虽然 LockSupport 可以指定 Monitor 的 object 对象，但和 object.wait() 两者的阻塞队列并不交叉。
• LockSupport 阻塞和解除阻塞线程直接操作的是 Thread。而 Object 的 wait/notify 并不是直接对线程操作，是被动的方法，需要一个 Object 来进行线程的挂起或唤醒。
• Thead 在调用 wait 之前，当前线程必须先获得该对象的监视器（syschronized），被唤醒之后需要重新获取到监视器才能继续执行。而 LockSupport 可以随意进行 park 或者 unpark。