Java并发编程——LockSupport的park和unpark

基本介绍

熟悉 Java 并发包的人一定对 LockSupport 的 park/unpark 方法不会感到陌生，它是 Lock（AQS）的基石，给 Lock（AQS）提供了挂起/恢复当前线程的能力。

LockSupport 的 park/unpark 方法本质上是对 Unsafe 的 park/unpark 方法的简单封装，而后者是 native 方法，对 Java 程序来说是一个黑箱操作，那么要想了解它的底层实现，就必须深入 Java 虚拟机的源码。

以park的源码为例：

public class LockSupport {
    
    public static void park(Object blocker) {
        //获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        //记录当前线程阻塞的原因,底层就是unsafe.putObject,就是把对象存储起来
        setBlocker(t, blocker);
        //执行park
        unsafe.park(false, 0L);
        //线程恢复后，去掉阻塞原因
        setBlocker(t, null);
    }
    
    //无限阻塞线程，直到有其他线程调用unpark方法
    public static void park() {
        UNSAFE.park(false, 0L);
    }       
}

LockSupport

LockSupport是JDK中比较底层的类，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。

LockSupport函数列表

public class LockSupport {

    // 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);
}

基本使用

// 暂停当前线程
LockSupport.park();

// 恢复某个线程的运行
LockSupport.unpark(暂停线程对象)

特点

在调用对象的Wait之前当前线程必须先获得该对象的监视器(Synchronized)，被唤醒之后需要重新获取到监视器才能继续执行。而LockSupport并不需要获取对象的监视器。

与Object的wait&notify相比

wait，notify 和 notifyAll 必须配合 Object Monitor 一起使用，而 park，unpark 不必。

park & unpark 是以线程为单位来【阻塞】和【唤醒】线程，而 notify 只能随机唤醒一个等待线程，notifyAll是唤醒所有等待线程，但不那么【精确】。

park & unpark 可以先 unpark，而 wait & notify 不能先 notify。

因为它们本身的实现机制不一样，所以它们之间没有交集，也就是说LockSupport阻塞的线程，notify/notifyAll没法唤醒。

虽然两者用法不同，但是有一点， LockSupport 的park和Object的wait一样也能响应中断。

public class LockSupportTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            LockSupport.park();
            System.out.println("thread:"+Thread.currentThread().getName()+"awake");
            },"t1");
        t.start();

        Thread.sleep(2000);
        //中断
        t.interrupt();
    }
}

LockSupport park & unpark原理

每个线程都会关联一个 Parker 对象，每个 Parker 对象都各自维护了三个角色：_counter(计数器)、 _mutex(互斥量)、_cond(条件变量)。

park 操作

当前线程调用 Unsafe.park() 方法
检查 _counter ，本情况为 0，这时，获得 _mutex 互斥锁
线程进入 _cond 条件变量阻塞
设置 _counter = 0

unpark操作

调用 Unsafe.unpark(Thread_0) 方法，设置 _counter 为 1
唤醒 _cond 条件变量中的 Thread_0
Thread_0 恢复运行
设置 _counter 为 0

先调用unpark，再调用park

调用 Unsafe.unpark(Thread_0) 方法，设置 _counter 为 1
当前线程调用 Unsafe.park() 方法
检查 _counter ，本情况为 1，这时线程无需阻塞，继续运行
设置 _counter 为 0

总结

LockSupport 和 CAS 是Java并发包中很多并发工具控制机制的基础，它们底层其实都是依赖Unsafe实现。很多锁的类都是基于LockSupport的park和unpark来实现的，所以了解LockSupport类是非常重要的。