LockSupport 详解
2024-10-28 08:52:07 # Technical # JavaConcurrency #LockSupport

为什么 LockSupport 是核心基础类？

写出分别通过 wait/notify 和 LockSupport 的 park/unpark 实现同步？

LockSupport.park() 会释放锁资源吗？那么 Condition.await() 呢？

Thread.sleep()、Object.wait()、Condition.await()、LockSupport.park() 的区别？

如果在 wait() 之前执行了 notify() 会怎样？

如果在 park() 之前执行了 unpark() 会怎样？

LockSupport 用于提供阻塞和唤醒线程的功能。它允许线程在不使用传统的同步机制（如synchronized和ReentrantLock）的情况下被挂起和恢复，适用于实现更复杂的线程控制和等待机制

使用

利用 LockSupport 实现 N 个线程依次打印 1-100

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private static volatile int count = 1;

private static final Thread[] threads = new Thread[10];

public static void main(String[] args) {
    threads[0] = new Thread(() -> print(0));
    threads[1] = new Thread(() -> print(1));
    threads[2] = new Thread(() -> print(2));
    threads[3] = new Thread(() -> print(3));
    threads[4] = new Thread(() -> print(4));
    threads[5] = new Thread(() -> print(5));
    threads[6] = new Thread(() -> print(6));
    threads[7] = new Thread(() -> print(7));
    threads[8] = new Thread(() -> print(8));
    threads[9] = new Thread(() -> print(9));
    for (Thread thread : threads) {
        thread.start();
    }
}

private static void print(int threadId) {
    int s = threads.length;
    while (count <= 100) {
        if (count % s != threadId) {
            LockSupport.park();
            // 唤醒后重新校验下条件
            continue;
        }
        System.out.println("Thread-" + threadId + ": " + count);
        count++;
        LockSupport.unpark(threads[count % s]);
    }
}

这里不加 continue 会导致？…

属性

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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); }
    }
}

构造函数

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private LockSupport() {}

LockSupport 只有一个私有的构造函数，说明其无法被实例化

核心方法

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// 一直等待，直到获得许可
public static void park() {
    UNSAFE.park(false, 0L);
}

// 等待最多 nanos 纳秒
public static void parkNanos(long nanos) {
    if (nanos > 0)
        UNSAFE.park(false, nanos);
}

// 等待直到 deadline（时间戳）
public static void parkUntil(long deadline) {
    UNSAFE.park(true, deadline);
}

还有个指定 blocker 的方法

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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);
}

private static void setBlocker(Thread t, Object arg) {
    // 设置线程 t 的 parkBlocker 字段的值为 arg
    UNSAFE.putObject(t, parkBlockerOffset, arg);
}

这个 blocker 参数主要用于诊断目的：

  • 帮助识别为什么线程被阻塞
  • 在线程转储中提供更多信息
  • 便于调试复杂的并发问题

原理与优势

首先，需要理解两个关键概念：

  • 许可：可以把它想象成一种令牌，每个线程最多只有一个许可
  • 计数器：每个线程都有一个与之关联的计数器，用于记录许可的状态

park 方法原理

当调用 LockSupport.park() 或 LockSupport.park(Object blocker) 时：

  • 首先检查许可的计数器，如果计数器大于 0，则立即返回，并将计数器 -1
  • 如果计数器为 0，则调用操作系统的方法将当前线程置为等待状态（WAITING/TIMED_WAITING）
  • 线程会一直等待，直到以下情况发生之一：a) 其他线程调用了 LockSupport.unpark(Thread) 方法，将该线程作为参数传入；b) 其他线程中断了该线程；c) 等待操作无缘故返回（这种情况被称为「虚假唤醒」，非常罕见）

unpark 方法原理

  • 如果指定线程的许可计数器为 0，则将其设置为 1
  • 如果指定线程当前因 park 操作而被阻塞，则唤醒该线程
  • 如果指定线程当前没有被阻塞，则什么也不做，只是保证下一次 park 操作不会阻塞

优势

与传统的 wait/notify 机制相比，有以下几个优势：

  • 不需要在同步块中使用
  • park 和 unpark 可以按任意顺序调用，即使 unpark 在 park 之前调用，后续的 park 也不会阻塞
  • 使用起来更加简单，不易出错，不会抛出 InterruptedException 异常

注意事项

  • park 方法不保证线程一定会阻塞。如果在调用 park 之前或者在 park 阻塞期间，有其他线程调用了 unpark，那么 park 可能会立即返回
  • 连续多次调用 unpark 只会累积一个许可
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