【转】LockSupport深刻浅出

时间  2019-11-11
标签 locksupport 深刻 繁體版
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原文：https://www.cnblogs.com/qingquanzi/p/8228422.html

 

本篇是《本身动手写把"锁"》系列技术铺垫的最后一个知识点。本篇主要讲解LockSupport工具类，它用来实现线程的挂起和唤醒。

LockSupport是Java6引入的一个工具类，它简单灵活，应用普遍。

 

1、简单 html

俗话说，没有比较就没有伤害。这里我们仍是经过对比来介绍LockSupport的简单。java

在没有LockSupport以前，线程的挂起和唤醒我们都是经过Object的wait和notify/notifyAll方法实现。面试

写一段例子代码，线程A执行一段业务逻辑后调用wait阻塞住本身。主线程调用notify方法唤醒线程A，线程A而后打印本身执行的结果。ide

 

执行这段代码，不难发现这个错误：函数

Exception in thread "main" java.lang.IllegalMonitorStateException
    at java.lang.Object.notify(Native Method)

缘由很简单，wait和notify/notifyAll方法只能在同步代码块里用(这个有的面试官也会考察)。因此将代码修改成以下就可正常运行了：工具

复制代码 
public class TestObjWait {

    public static void main(String[] args)throws Exception {
        final Object obj = new Object();
        Thread A = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int sum = 0;
                for(int i=0;i<10;i++){
                    sum+=i;
                }
                try {
                    synchronized (obj){
                        obj.wait();
                    }
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(sum);
            }
        });
        A.start();
        //睡眠一秒钟，保证线程A已经计算完成，阻塞在wait方法
        Thread.sleep(1000);
        synchronized (obj){
            obj.notify();
        }
    }
}
复制代码

 

那若是我们换成LockSupport呢？简单得很，看代码：学习

直接调用就能够了，没有说非得在同步代码块里才能用。简单吧。

2、灵活spa

若是只是LockSupport在使用起来比Object的wait/notify简单，那还真不必专门讲解下LockSupport。最主要的是灵活性。线程

上边的例子代码中，主线程调用了Thread.sleep(1000)方法来等待线程A计算完成进入wait状态。若是去掉Thread.sleep()调用，代码以下：3d

复制代码 
public class TestObjWait {

    public static void main(String[] args)throws Exception {
        final Object obj = new Object();
        Thread A = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int sum = 0;
                for(int i=0;i<10;i++){
                    sum+=i;
                }
                try {
                    synchronized (obj){
                        obj.wait();
                    }
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(sum);
            }
        });
        A.start();
        //睡眠一秒钟，保证线程A已经计算完成，阻塞在wait方法
        //Thread.sleep(1000);
        synchronized (obj){
            obj.notify();
        }
    }
}
复制代码

 

多运行几回上边的代码，有的时候可以正常打印结果并退出程序，但有的时候线程没法打印结果阻塞住了。缘由就在于：主线程调用完notify后，线程A才进入wait方法，致使线程A一直阻塞住。因为线程A不是后台线程，因此整个程序没法退出。

那若是换作LockSupport呢？LockSupport就支持主线程先调用unpark后，线程A再调用park而不被阻塞吗？是的，没错。代码以下：

复制代码 
public class TestObjWait {

    public static void main(String[] args)throws Exception {
        final Object obj = new Object();
        Thread A = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int sum = 0;
                for(int i=0;i<10;i++){
                    sum+=i;
                }
                LockSupport.park();
                System.out.println(sum);
            }
        });
        A.start();
        //睡眠一秒钟，保证线程A已经计算完成，阻塞在wait方法
        //Thread.sleep(1000);
        LockSupport.unpark(A);
    }
}
复制代码

 

无论你执行多少次，这段代码都能正常打印结果并退出。这就是LockSupport最大的灵活所在。

 

总结一下，LockSupport比Object的wait/notify有两大优点：

①LockSupport不须要在同步代码块里 。因此线程间也不须要维护一个共享的同步对象了，实现了线程间的解耦。

②unpark函数能够先于park调用，因此不须要担忧线程间的执行的前后顺序。

 

3、应用普遍

LockSupport在Java的工具类用应用很普遍，我们这里找几个例子感觉感觉。以Java里最经常使用的类ThreadPoolExecutor为例。先看以下代码：

复制代码 
public class TestObjWait {

    public static void main(String[] args)throws Exception {
        ArrayBlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(1000);
        ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5,5,1000, TimeUnit.SECONDS,queue);

        Future<String> future = poolExecutor.submit(new Callable<String>() {
            @Override
            public String call() throws Exception {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                return "hello";
            }
        });
        String result = future.get();
        System.out.println(result);
    }
}
复制代码

 代码中咱们向线程池中扔了一个任务，而后调用Future的get方法，同步阻塞等待线程池的执行结果。

这里就要问了：get方法是如何组塞住当前线程？线程池执行完任务后又是如何唤醒线程的呢？

我们跟着源码一步步分析，先看线程池的submit方法的实现：

在submit方法里，线程池将咱们提交的基于Callable实现的任务，封装为基于RunnableFuture实现的任务，而后将任务提交到线程池执行，并向当前线程返回RunnableFutrue。

进入newTaskFor方法，就一句话：return new FutureTask<T>(callable);

因此，我们主线程调用future的get方法就是FutureTask的get方法，线程池执行的任务对象也是FutureTask的实例。

接下来看看FutureTask的get方法的实现：

比较简单，就是判断下当前任务是否执行完毕，若是执行完毕直接返回任务结果，不然进入awaitDone方法阻塞等待。

awaitDone方法里，首先会用到上节讲到的cas操做，将线程封装为WaitNode，保持下来，以供后续唤醒线程时用。再就是调用了LockSupport的park/parkNanos组塞住当前线程。

 

上边已经说完了阻塞等待任务结果的逻辑，接下来再看看线程池执行完任务，唤醒等待线程的逻辑实现。

前边说了，我们提交的基于Callable实现的任务，已经被封装为FutureTask任务提交给了线程池执行，任务的执行就是FutureTask的run方法执行。以下是FutureTask的run方法：

c.call()就是执行咱们提交的任务，任务执行完后调用了set方法，进入set方法发现set方法调用了finishCompletion方法，想必唤醒线程的工做就在这里边了，看看代码实现吧：

没错就在这里边，先是经过cas操做将全部等待的线程拿出来，而后便使用LockSupport的unpark唤醒每一个线程。

 

在使用线程池的过程当中，不知道你有没有这么一个疑问：线程池里没有任务时，线程池里的线程在干吗呢？

看过个人这篇文章《线程池的工做原理与源码解读》的读者必定知道，线程会调用队列的take方法阻塞等待新任务。那队列的take方法是否是也跟Future的get方法实现同样呢？我们来看看源码实现。

以ArrayBlockingQueue为例，take方法实现以下：

与想象的有点出入，他是使用了Lock的Condition的await方法实现线程阻塞。但当咱们继续追下去进入await方法，发现仍是使用了LockSupport：

限于篇幅，jdk里的更多应用就再也不追下去了。

 

4、LockSupport的实现

学习要知其然，还要知其因此然。接下来不妨看看LockSupport的实现。

进入LockSupport的park方法，能够发现它是调用了Unsafe的park方法，这是一个本地native方法，只能经过openjdk的源码看看其本地实现了。 

它调用了线程的Parker类型对象的park方法，以下是Parker类的定义：

类中定义了一个int类型的_counter变量，我们上文中讲灵活性的那一节说，能够先执行unpark后执行park，就是经过这个变量实现，看park方法的实现代码(因为方法比较长就不总体截图了)：

park方法会调用Atomic::xchg方法，这个方法会原子性的将_counter赋值为0，并返回赋值前的值。若是调用park方法前，_counter大于0，则说明以前调用过unpark方法，因此park方法直接返回。

接着往下看：

实际上Parker类用Posix的mutex，condition来实现的阻塞唤醒。若是对mutex和condition不熟，能够简单理解为mutex就是Java里的synchronized，condition就是Object里的wait/notify操做。

park方法里调用pthread_mutex_trylock方法，就至关于Java线程进入Java的同步代码块，而后再次判断_counter是否大于零，若是大于零则将_counter设置为零。最后调用pthread_mutex_unlock解锁，至关于Java执行完退出同步代码块。若是_counter不大于零，则继续往下执行pthread_cond_wait方法，实现当前线程的阻塞。

 

最后再看看unpark方法的实现吧，这块就简单多了，直接上代码：

图中的1和4就至关于Java的进入synchronized和退出synchronized的加锁解锁操做，代码2将_counter设置为1，同时判断先前_counter的值是否小于1，即这段代码：if(s<1)。若是不小于1，则就不会有线程被park，因此方法直接执行完毕，不然就会执行代码3，来唤醒被阻塞的线程。

 

经过阅读LockSupport的本地实现，咱们不难发现这么个问题：屡次调用unpark方法和调用一次unpark方法效果同样，由于都是直接将_counter赋值为1，而不是加1。简单说就是：线程A连续调用两次LockSupport.unpark(B)方法唤醒线程B，而后线程B调用两次LockSupport.park()方法， 线程B依旧会被阻塞。由于两次unpark调用效果跟一次调用同样，只能让线程B的第一次调用park方法不被阻塞，第二次调用依旧会阻塞。

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