LockSupport：一个很灵活的线程工具类-locksupport原理

LockSupport是一个编程工具类，主要是为了阻塞和唤醒线程用的。使用它我们可以实现很多功能，今天主要就是对这个工具类的讲解，希望对你有帮助：

一、LockSupport简介

1、LockSupport是什么

刚刚开头提到过，LockSupport是一个线程工具类，所有的方法都是静态方法，可以让线程在任意位置阻塞，也可以在任意位置唤醒。

它的内部其实两类主要的方法：park(停车阻塞线程)和unpark(启动唤醒线程)。

//（1）阻塞当前线程 
public static void park(Object blocker);  
//（2）暂停当前线程，有超时时间 
public static void parkNanos(Object blocker, long nanos);  
//（3）暂停当前线程，直到某个时间 
public static void parkUntil(Object blocker, long deadline);  
//（4）无期限暂停当前线程 
public static void park();  
//（5）暂停当前线程，不过有超时时间的限制 
public static void parkNanos(long nanos);  
//（6）暂停当前线程，直到某个时间 
public static void parkUntil(long deadline);   
//（7）恢复当前线程 
public static void unpark(Thread thread);  
public static Object getBlocker(Thread t);

注意上面的123方法，都有一个blocker，这个blocker是用来记录线程被阻塞时被谁阻塞的。用于线程监控和分析工具来定位原因的。

现在我们知道了LockSupport是用来阻塞和唤醒线程的，而且之前相信我们都知道wait/notify也是用来阻塞和唤醒线程的，那和它相比，LockSupport有什么优点呢?

2、与wait/notify对比

这里假设你已经了解了wait/notify的机制，如果不了解，可以在网上一搜，很简单。相信你既然学到了这个LockSupport，相信你已经提前已经学了wait/notify。

我们先来举一个使用案例：

public class LockSupportTest { 
    public static class MyThread extends Thread { 
        @Override 
        public void run() { 
            System.out.println(getName() + " 进入线程"); 
            LockSupport.park(); 
            System.out.println("t1线程运行结束"); 
        } 
    } 
    public static void main(String[] args) { 
        MyThread t1 = new MyThread(); 
        t1.start(); 
        System.out.println("t1已经启动，但是在内部进行了park"); 
        LockSupport.unpark(t1); 
        System.out.println("LockSupport进行了unpark"); 
    } 
}

上面这段代码的意思是，我们定义一个线程，但是在内部进行了park，因此需要unpark才能唤醒继续执行，不过上面，我们在MyThread进行的park，在main线程进行的unpark。

这样来看，好像和wait/notify没有什么区别。那他的区别到底是什么呢?这个就需要仔细的观察了。这里主要有两点：

(1)wait和notify都是Object中的方法,在调用这两个方法前必须先获得锁对象，但是park不需要获取某个对象的锁就可以锁住线程。

(2)notify只能随机选择一个线程唤醒，无法唤醒指定的线程，unpark却可以唤醒一个指定的线程。

区别就是这俩，还是主要从park和unpark的角度来解释的。既然这个LockSupport这么强，我们就深入一下他的源码看看。

二、源码分析(基于jdk1.8)

1、park方法

public static void park(Object blocker) { 
        Thread t = Thread.currentThread(); 
        setBlocker(t, blocker); 
        UNSAFE.park(false, 0L); 
        setBlocker(t, null); 
    }

blocker是用来记录线程被阻塞时被谁阻塞的。用于线程监控和分析工具来定位原因的。setBlocker(t, blocker)方法的作用是记录t线程是被broker阻塞的。因此我们只关注最核心的方法，也就是UNSAFE.park(false, 0L)。

UNSAFE是一个非常强大的类，他的的操作是基于底层的，也就是可以直接操作内存，因此我们从JVM的角度来分析一下：

每个java线程都有一个Parker实例：

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

我们换一种角度来理解一下park和unpark，可以想一下，unpark其实就相当于一个许可，告诉特定线程你可以停车，特定线程想要park停车的时候一看到有许可，就可以立马停车继续运行了。因此其执行顺序可以颠倒。

现在有了这个概念，我们体会一下上面JVM层面park的方法，这里面counter字段，就是用来记录所谓的“许可”的。

本小部分总结来源于：https://www.jianshu.com/p/1f16b838ccd8

当调用park时，先尝试直接能否直接拿到“许可”，即_counter>0时，如果成功，则把_counter设置为0,并返回。

void Parker::park(bool isAbsolute, jlong time) { 
  // Ideally we'd do something useful while spinning, such 
  // as calling unpackTime(). 
  // Optional fast-path check: 
  // Return immediately if a permit is available. 
  // We depend on Atomic::xchg() having full barrier semantics 
  // since we are doing a lock-free update to _counter. 
  if (Atomic::xchg(0, &_counter) > 0) return;

如果不成功，则构造一个ThreadBlockInVM，然后检查_counter是不是>0，如果是，则把_counter设置为0，unlock mutex并返回:

ThreadBlockInVM tbivm(jt); 
 // no wait needed 
 if (_counter > 0)  {  
   _counter = 0; 
   status = pthread_mutex_unlock(_mutex);

否则，再判断等待的时间，然后再调用pthread_cond_wait函数等待，如果等待返回，则把_counter设置为0，unlock mutex并返回：

if (time == 0) {   
  status = pthread_cond_wait (_cond, _mutex) ;   
}   
_counter = 0 ;   
status = pthread_mutex_unlock(_mutex) ;   
assert_status(status == 0, status, "invariant") ;   
OrderAccess::fence();

这就是整个park的过程，总结来说就是消耗“许可”的过程。

2、unpark

还是先来看一下JDK源码：

/** 
    * Makes available the permit for the given thread, if it 
    * was not already available.  If the thread was blocked on 
    * {@code park} then it will unblock.  Otherwise, its next call 
    * to {@code park} is guaranteed not to block. This operation 
    * is not guaranteed to have any effect at all if the given 
    * thread has not been started. 
    * 
    * @param thread the thread to unpark, or {@code null}, in which case 
    *        this operation has no effect 
    */ 
   public static void unpark(Thread thread) { 
       if (thread != null) 
           UNSAFE.unpark(thread); 
   }

上面注释的意思是给线程生产许可证。

当unpark时，则简单多了，直接设置_counter为1，再unlock mutext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：

void Parker::unpark() {   
  int s, status ;   
  status = pthread_mutex_lock(_mutex);   
  assert (status == 0, "invariant") ;   
  s = _counter;   
  _counter = 1;   
  if (s < 1) {   
     if (WorkAroundNPTLTimedWaitHang) {   
        status = pthread_cond_signal (_cond) ;   
        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) ;   
        assert (status == 0, "invariant") ;   
     }   
  } else {   
    pthread_mutex_unlock(_mutex);   
    assert (status == 0, "invariant") ;   
  }   
}

ok，现在我们已经对源码进行了分析，整个过程其实就是生产许可和消费许可的过程。而且这个生产过程可以反过来。也就是先生产再消费。下面我们使用几个例子验证一波。

三、LockSupport使用

1、先interrupt再park

public class LockSupportTest { 
    public static class MyThread extends Thread { 
        @Override 
        public void run() { 
            System.out.println(getName() + " 进入线程"); 
            LockSupport.park(); 
            System.out.println(" 运行结束"); 
            System.out.println("是否中断：" + Thread.currentThread().isInterrupted()); 
        } 
    } 
    public static void main(String[] args) { 
        MyThread t1 = new MyThread(); 
        t1.start(); 
        System.out.println("t1线程已经启动了，但是在内部LockSupport进行了park"); 
        t1.interrupt(); 
        System.out.println("main线程结束"); 
    } 
}

我们看一下结果：

2、先unpark再park

public static class MyThread extends Thread { 
        @Override 
        public void run() { 
            try { 
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1); 
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } 
            System.out.println(getName() + " 进入线程"); 
            LockSupport.park(); 
            System.out.println(" 运行结束"); 
        } 
    }

我们只需在park之前先休眠1秒钟，这样可以确保unpark先执行。

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