LockSupport从入门到深入理解
LockSupport 常见面试题
1、为什么LockSupport也是核心基础类? AQS框架借助于两个类：Unsafe(提供CAS操作)和LockSupport(提供park/unpark操作) 2、写出分别通过wait/notify和LockSupport的park/unpark实现同步?
3、LockSupport.park()会释放锁资源吗? 那么Condition.await()呢?
4、Thread.sleep()、Object.wait()、Condition.await()、LockSupport.park()的区别?
5、 重点 如果在wait()之前执行了notify()会怎样?
6、如果在park()之前执行了unpark()会怎样?
一、LockSupport 是什么？
LockSupport是用来创建锁和其他同步工具类的基本线程阻塞原语。
java锁和同步器框架的核心 AQS: AbstractQueuedSynchronizer，就是通过调用 LockSupport .park()和 LockSupport .unpark()实现线程的阻塞和唤醒 的。 LockSupport 很类似于二元信号量(只有1个许可证可供使用)，如果这个许可还没有被占用，当前线程获取许可并继 续 执行；如果许可已经被占用，当前线 程阻塞，等待获取许可。
LockSupport 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); }
}
}
类的构造函数
// 私有构造函数，无法被实例化
private LockSupport() {}
二、三种让线程等待和唤醒的方法
前面简单的介绍了一下LockSupport定义。接下来我们介绍java中三种阻塞和唤醒机制，并总结它们的优缺点。
方法一：使用Object中的wait()方法让线程等待，使用Object的notify()方法唤醒线程，结合synchronized；
方法二：使用JUC包中的Condition的await()方法让线程等待，使用signal（）方法唤醒线程；
方法三：LockSupport类可以阻塞当前线程以及唤醒指定被阻塞的线程；
我们用具体实例演示三种方法
方法一 使用wait()和notify()：
public class ObjectWait {
public static void main(String[] args) {
Object o = new Object();
Thread t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程A被o.wait()阻塞前");
synchronized(o){
try {
o.wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("线程A被线程B o.notify()唤醒");
}
},"A");
t.start();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程B唤醒线程A");
synchronized (o){
o.notify();
}
}
},"B").start();
}
}
结果：
线程A被o.wait()阻塞前
线程B唤醒线程A
线程A被线程B o.notify()唤醒
我们通过o.wait()将线程A阻塞，再通过线程B中运行o.notify()方法将线程A唤醒.
注意：1、wait和notify都需要在同步块或者同步方法里，也就是要使用到synchronized,将资源类锁住，且必须成对出现。 2、使用时必须先wait 在notify，否则wait不会被唤醒的情况，从而导致线程一直阻塞。
这里我没有演示 先notify再wait 会出现的wait不会唤醒的情况，大家可以自行测试。
方法二： Lock .condition
public class ConditionAwait {
public static void main(String[] args) {
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程A被condition.await()阻塞前");
try {
lock.lock();
condition.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
lock.unlock();
}
System.out.println("线程A被线程B condition.signl()唤醒");
}
}, "A").start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
lock.lock();
System.out.println("线程B中使用condition.signal()唤醒线程A");
condition.signal();
}catch (Exception e){
}finally {
lock.unlock();
}
}
}, "B").start();
}
}
结果：
线程A被condition.await()阻塞前
线程B中使用condition.signal()唤醒线程A
线程A被线程B condition.signl()唤醒
注意：1 、Condition中的线程等待和唤醒一定要先获得锁。
2、一定要先await,再signal,不能反了
方法三，使用LockSupport
public class LockSupportDemo {
public static void main(String[] args) {
Thread t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程A被LockSupport.park()阻塞");
LockSupport.park();
System.out.println("线程A被线程B LockSupport.unpark()唤醒");
}
},"A");
t.start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程B唤醒线程A");
// 唤醒指定线程t，也就是A
LockSupport.unpark(t);
}
},"B").start();
}
}
结果：
线程A被LockSupport.park()阻塞
线程B唤醒线程A
线程A被线程B LockSupport.unpark()唤醒
从上面可以看出使用LockSupport 进行线程阻塞和唤醒可以在线程的任意地方执行，并且可以通过unpart(thread)唤醒指定的线程。作为工具类LockSupport的使用，也降低了代码的耦合性。
使用interrupt() 中断park()阻塞
package CompleteFuture;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
public class LockSupportDemo {
public static void main(String[] args) {
Thread t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("before park");
LockSupport.park();
System.out.println("after park");
}
},"A");
t.start();
//确保 park()执行
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// System.out.println("线程t是否被阻塞: "+t.isInterrupted());
System.out.println("before interrupted");
t.interrupt();
System.out.println("after interrupted");
}
}
结果：
before park
before interrupted
after interrupted
after park
三种方法的总结
| 方法 | 特点 | 缺点 |
|---|---|---|
| wait/notify | wait和notify都需要在同步块或者同步方法里，也就是要使用到synchronized,将资源类锁住，且必须成对出现。 2、使用时必须先wait 在notify，否则wait不会被唤醒的情况，从而导致线程一直阻塞。 | 需要借助synchronized |
| condition | 需要结合lock 和unlock ,可以精准唤醒指定线程（示例没有展示），大家自行研究 | 它的底层其实还是使用的LockSupport |
| LockSupport | 使用park 和unpark唤醒指定线程 ，不关系是先执行 unpark 还是park，只要是成对出现线程都将被释放 | 多次调用unpark也只能释放一次 |
三、LockSupport 源码分析
LockSupport中方法如下：
3.1 park() 源码分析
/**Disables the current thread for thread scheduling purposes unless the permit is available.
If the permit is available then it is consumed and the call returns immediately; otherwise the current thread becomes disabled for thread scheduling purposes and lies dormant until one of three things happens:
Some other thread invokes unpark with the current thread as the target; or
Some other thread interrupts the current thread; or
The call spuriously (that is, for no reason) returns.
This method does not report which of these caused the method to return. Callers should re-check the conditions which caused the thread to park in the first place. Callers may also determine, for example, the interrupt status of the thread upon return.
*/
public static void park() {
UNSAFE.park(false, 0L);
}
上面的方法如何理解呢？
如果没有permit许可，那么调用该方法后，当前线程立马停止执行计划（阻塞），直到有一下3中情况发生：
1、其他线程调用unpark(被阻塞线程引用)方法，参数为需要唤醒的线程；
2、其他线程中断当前线程；
3、调用虚假（即无缘无故）返回；
UNSAFE.park(isAbsolute,timeout)的理解，阻塞一个线程直到unpark出现、线程
-
被中断或者timeout时间到期。如果一个unpark调用已经出现了，
-
这里只计数。timeout为0表示永不过期.当isAbsolute为true时，
-
timeout是相对于新纪元之后的毫秒。否则这个值就是超时前的纳秒数。这个方法执行时
-
也可能不合理地返回(没有具体原因)
深入理解sun.misc.Unsafe原理
3.2 unpark(Thread thread)
public static void unpark(Thread thread) {
if (thread != null)
UNSAFE.unpark(thread);
}
给指定的线程提供unblock凭证。如果指定的线程使用了park()，则线程变成非阻塞。如果没有使用park，则线程下一次使用park时，怎线程不会阻塞。
park(blocker) 锁定指定对象
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。
五、更深入的理解
5.1 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；
- 其实，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。
5.2 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。
5.3 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；
5.4 Object.wait()和LockSupport.park()的区别 二者都会阻塞当前线程的运行，他们有什么区别呢?
- 经过上面的分析相信你一定很清楚了，真的吗? 往下看！
- 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；
- 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。
5.5 如果在wait()之前执行了notify()会怎样?
- 如果当前的线程不是此对象锁的所有者，却调用该对象的notify()或wait()方法时抛出IllegalMonitorStateException异常；
- 如果当前线程是此对象锁的所有者，wait()将一直阻塞，因为后续将没有其它notify()唤醒它。
5.6 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
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。
参考文章
https://blog.csdn.net/u013851082/article/details/70242395