park和unpark底层源码解读

Unsafe和LockSupport

        Java并发包下的类基本都是基于AQS (AbstractQueuedSynchronizer)框架实现的，关于AQS我在前面讲解ReentrantLock源码的文章中就已经有涉及了。

        -->> 面试难点:深度解析ReentrantLock的实现原理

        而AQS线程安全的实现，又是基于两个很关键的类Unsafe和LockSupport，其中Unsafe主要直接提供CAS操作（关于cas，在文章 读懂AtomicInteger源码（多线程专题 ）中讲解过 ），LockSupport主要提供park/unpark操作，而park/unpark最终调用还是unsafe类，所以unsafe类才是关键。

（如果不会下载JVM源码可以后台回复 “ jdk ”，获得下载压缩包）

public static void park() {
    UNSAFE.park(false, 0L);
}
public static void unpark(Thread thread) {
    if (thread != null)
        UNSAFE.unpark(thread);
}

Unsafe类实现：

//park
public native void park(boolean isAbsolute, long time);
 //unpack
public native void unpark(Object var1);

        由代码可见，Unsafe类的park/unpark是native级别的实现。使用native关键字说明这个方法是原生函数，也就是这个方法是用C/C++语言实现的，并且被编译成了DLL，由java去调用。

        park函数是将当前调用线程阻塞，unpark函数则是将指定线程线程唤醒。

park和unpark作用：

        park是等待一个许可，unpark是为某线程提供一个许可。如果某线程A调用park，那么除非另外一个线程调用unpark(A)给A一个许可，否则线程A将阻塞在park操作上。每次调用一次park，需要有一个unpark来解锁。

        并且unpark可以先于park调用，但是不管unpark先调用几次，都只提供一个许可，不可叠加，只需要一次park来消费掉unpark带来的许可，再次调用会阻塞。

Unsafe.park源码

        在Linux系统下，park和unpark是用的Posix线程库pthread中的mutex（互斥量），condition（条件变量）来实现的。

        简单来说，mutex和condition保护了一个叫_counter的信号量。当park时，这个变量被设置为0，当unpark时，这个变量被设置为1。当_counter=0 时线程阻塞，当_counter>0直接设为0并返回。

        每个Java线程都有一个Parker实例，Parker类部分源码如下：

class Parker : public os::PlatformParker {  
private:  
  volatile int _counter ;  
  ...  
public:  
  void park(bool isAbsolute, jlong time);  
  void unpark();  
  ...  
}  
class PlatformParker : public CHeapObj {  
  protected:  
    pthread_mutex_t _mutex [1] ;  
    pthread_cond_t  _cond  [1] ;  
    ...  
}

        由源码可知Parker类继承于PlatformParker，实际上时用Posix的mutex，condition来实现的。Parker类里的_counter字段，就是用来记录park和unpark是否需要阻塞的标识。 

执行过程

        具体的执行逻辑已经用注释标记在代码中，简要来说，就是检查_counter是不是大于0，如果是，则把_counter设置为0，返回。如果等于零，继续执行，阻塞等待。

void Parker::park(bool isAbsolute, jlong time) {
  //判断信号量counter是否大于0，如果大于设为0返回
  if (Atomic::xchg(0, &_counter) > 0) return;


  //获取当前线程
  Thread* thread = Thread::current();
  assert(thread->is_Java_thread(), "Must be JavaThread");
  JavaThread *jt = (JavaThread *)thread;


  //如果中途已经是interrupt了，那么立刻返回，不阻塞
  // Check interrupt before trying to wait
  if (Thread::is_interrupted(thread, false)) {
    return;
  }


  //记录当前绝对时间戳
  // Next, demultiplex/decode time arguments
  timespec absTime;
  //如果park的超时时间已到，则返回
  if (time < 0 || (isAbsolute && time == 0) ) { // don't wait at all
    return;
  }
  //更换时间戳
  if (time > 0) {
    unpackTime(&absTime, isAbsolute, time);
  }


  // Enter safepoint region
  // Beware of deadlocks such as 6317397.
  // The per-thread Parker:: mutex is a classic leaf-lock.
  // In particular a thread must never block on the Threads_lock while
  // holding the Parker:: mutex.  If safepoints are pending both the
  // the ThreadBlockInVM() CTOR and DTOR may grab Threads_lock.
  //进入安全点，利用该thread构造一个ThreadBlockInVM
  ThreadBlockInVM tbivm(jt);


  // Don't wait if cannot get lock since interference arises from
  // unblocking.  Also. check interrupt before trying wait
  if (Thread::is_interrupted(thread, false) || pthread_mutex_trylock(_mutex) != 0) {
    return;
  }


  //记录等待状态
  int status ;
  //中途再次检查许可，有则直接返回不等带。
  if (_counter > 0)  { // no wait needed
    _counter = 0;
    status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
    assert (status == 0, "invariant") ;
    // Paranoia to ensure our locked and lock-free paths interact
    // correctly with each other and Java-level accesses.
    OrderAccess::fence();
    return;
  }


  OSThreadWaitState osts(thread->osthread(), false /* not Object.wait() */);
  jt->set_suspend_equivalent();
  // cleared by handle_special_suspend_equivalent_condition() or java_suspend_self()


  assert(_cur_index == -1, "invariant");
  if (time == 0) {
    _cur_index = REL_INDEX; // arbitrary choice when not timed
    //线程条件等待 线程等待信号触发，如果没有信号触发，无限期等待下去。
    status = pthread_cond_wait (&_cond[_cur_index], _mutex) ;
  } else {
    _cur_index = isAbsolute ? ABS_INDEX : REL_INDEX;
    //线程等待一定的时间，如果超时或有信号触发，线程唤醒
    status = os::Linux::safe_cond_timedwait (&_cond[_cur_index], _mutex, &absTime) ;
    if (status != 0 && WorkAroundNPTLTimedWaitHang) {
      pthread_cond_destroy (&_cond[_cur_index]) ;
      pthread_cond_init    (&_cond[_cur_index], isAbsolute ? NULL : os::Linux::condAttr());
    }
  }
  _cur_index = -1;
  assert_status(status == 0 || status == EINTR ||
                status == ETIME || status == ETIMEDOUT,
                status, "cond_timedwait");


  _counter = 0 ;
  status = pthread_mutex_unlock(_mutex) ;
  assert_status(status == 0, status, "invariant") ;
  // Paranoia to ensure our locked and lock-free paths interact
  // correctly with each other and Java-level accesses.
  OrderAccess::fence();


  // If externally suspended while waiting, re-suspend
  if (jt->handle_special_suspend_equivalent_condition()) {
    jt->java_suspend_self();
  }
}

Unsafe.unpark源码

        unpark直接设置_counter为1，再unlock mutex返回。如果_counter之前的值是0，则还要调用pthread_cond_signal唤醒在park中等待的线程。

        源码如下：

void Parker::unpark() {
  //定义两个变量，staus用于判断是否获取锁
  int s, status ;
  //获取锁
  status = pthread_mutex_lock(_mutex);
  //判断是否成功
  assert (status == 0, "invariant") ;
  //存储原先变量_counter
  s = _counter;
  //把_counter设为1
  _counter = 1;
  if (s < 1) {
    // thread might be parked
    if (_cur_index != -1) {
      // thread is definitely parked
      if (WorkAroundNPTLTimedWaitHang) {
        status = pthread_cond_signal (&_cond[_cur_index]);
        assert (status == 0, "invariant");
        status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
        assert (status == 0, "invariant");
      } else {
        status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
        assert (status == 0, "invariant");
        status = pthread_cond_signal (&_cond[_cur_index]);
        assert (status == 0, "invariant");
      }
    } else {
        //释放锁
      pthread_mutex_unlock(_mutex);
      assert (status == 0, "invariant") ;
    }
  } else {
      //释放锁
    pthread_mutex_unlock(_mutex);
    assert (status == 0, "invariant") ;
  }
}

（如果不会下载JVM源码可以后台回复 “ jdk ”，获得下载压缩包）

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