LockSupport 详解

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LockSupport 用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。简而言之，当调用 LockSupport.park时，表示当前线程将会等待，直至获得许可，当调用 LockSupport.unpark时，必须把等待获得许可的线程作为参数进行传递，好让此线程继续运行。

LockSupport 源码分析

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); }
    }
}

UNSAFE字段表示 sun.misc.Unsafe类，查看其源码，点击在这里，一般程序中不允许直接调用，而 long型的表示实例对象相应字段在内存中的偏移地址，可以通过该偏移地址获取或者设置该字段的值。

类的构造函数：LockSupport 只有一个私有构造函数，无法被实例化。

// 私有构造函数，无法被实例化
private LockSupport() {}

在分析 LockSupport函数之前，先引入 sun.misc.Unsafe类中的 park和 unpark函数，因为 LockSupport的核心函数都是基于Unsafe类中定义的 park和 unpark函数，下面给出两个函数的定义：

public native void park(boolean isAbsolute, long time);
public native void unpark(Thread thread);

对两个函数的说明如下：

【1】park函数：阻塞线程，并且该线程在下列情况发生之前都会被阻塞：① 调用 unpark函数，释放该线程的许可之前。② 该线程被中断之前。③ 设置的时间到之前。并且，当 time为绝对时间时，isAbsolute为 true，否则，isAbsolute为 false。当time为0时，表示无限等待，直到 unpark发生。
【2】unpark函数：释放线程的许可，激活调用 park后阻塞的线程。该函数不是安全的，调用该函数时要确保线程依旧存活。

park 函数

park 函数有两个重载版本，方法摘要如下：

public static void park();
public static void park(Object blocker);

两个函数的区别在于 park()函数有没有 blocker，即没有设置线程的 parkBlocker字段。park(Object)型函数如下。

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);
}

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：此方法用于设置线程t 的 parkBlocker字段的值为 arg。

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);
}

另外一个无参重载版本，park()函数如下。

public static void park() {
    // 获取许可，设置时间为无限长，直到可以获取许可
    UNSAFE.park(false, 0L);
}

调用了park函数后，会禁用当前线程，除非许可可用。在以下三种情况之一发生之前，当前线程都将处于休眠状态，即下列情况发生时，当前线程会获取许可，可以继续运行。
【1】其他某个线程将当前线程作为目标调用 unpark；
【2】其他某个线程中断当前线程；
【3】该调用不合逻辑地(即毫无理由地)返回；

parkNanos 函数

此函数表示在许可可用前禁用当前线程，并最多等待指定的等待时间。具体函数如下。该函数也是调用了两次 setBlocker函数，nanos参数表示相对时间，表示等待多长时间。

public static void parkNanos(Object blocker, long nanos) {
    if (nanos > 0) { // 时间大于0
        // 获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        // 设置Blocker
        setBlocker(t, blocker);
        // 获取许可，并设置了时间
        UNSAFE.park(false, nanos);
        // 设置许可
        setBlocker(t, null);
    }
}

parkUntil 函数

此函数表示在指定的时限前禁用当前线程，除非许可可用，具体函数如下：该函数也调用了两次 setBlocker函数，deadline参数表示绝对时间，表示指定的时间。

public static void parkUntil(Object blocker, long deadline) {
    // 获取当前线程
    Thread t = Thread.currentThread();
    // 设置Blocker
    setBlocker(t, blocker);
    UNSAFE.park(true, deadline);
    // 设置Blocker为null
    setBlocker(t, null);
}

unpark 函数

此函数表示如果给定线程的许可尚不可用，则使其可用。如果线程在 park 上受阻塞，则它将解除其阻塞状态。否则，保证下一次调用 park 不会受阻塞。如果给定线程尚未启动，则无法保证此操作有任何效果。具体函数如下：释放许可，指定线程可以继续运行。

public static void unpark(Thread thread) {
    if (thread != null) // 线程为不空
        UNSAFE.unpark(thread); // 释放该线程许可
}

使用 wait/notify实现线程同步

before wait
before notify
after notify
after wait

具体的流程图如下：
​
使用 wait/notify实现同步时，必须先调用wait，后调用notify，如果先调用notify，再调用wait，将起不了作用。具体代码如下：

class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        synchronized (this) {
            System.out.println("before notify");            
            notify();
            System.out.println("after notify");    
        }
    }
}

public class WaitAndNotifyDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread myThread = new MyThread();        
        myThread.start();
        // 主线程睡眠3s
        Thread.sleep(3000);
        synchronized (myThread) {
            try {        
                System.out.println("before wait");
                // 阻塞主线程
                myThread.wait();
                System.out.println("after wait");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }            
        }        
    }
}

运行结果：由于先调用了notify，再调用的wait，此时主线程还是会一直阻塞。

before notify
after notify
before wait

使用 park/unpark实现线程同步

import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

class MyThread extends Thread {
    private Object object;

    public MyThread(Object object) {
        this.object = object;
    }

    public void run() {
        System.out.println("before unpark");
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 获取blocker
        System.out.println("Blocker info " + LockSupport.getBlocker((Thread) object));
        // 释放许可
        LockSupport.unpark((Thread) object);
        // 休眠500ms，保证先执行park中的setBlocker(t, null);
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 再次获取blocker
        System.out.println("Blocker info " + LockSupport.getBlocker((Thread) object));

        System.out.println("after unpark");
    }
}

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread(Thread.currentThread());
        myThread.start();
        System.out.println("before park");
        // 获取许可
        LockSupport.park("ParkAndUnparkDemo");
        System.out.println("after park");
    }
}

运行结果：

before park
before unpark
Blocker info ParkAndUnparkDemo
after park
Blocker info null
after unpark

本程序先执行 park，然后再执行 unpark，进行同步，并且在 unpark的前后都调用了getBlocker，可以看到两次的结果不一样，并且第二次调用的结果为null，这是因为在调用 unpark之后，执行了 Lock.park(Object blocker)函数中的 setBlocker(t, null)函数，所以第二次调用 getBlocker时为 null。

上例是先调用park，然后调用unpark，现在修改程序，先调用unpark，然后调用park，看能不能正确同步。具体代码如下：

import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

class MyThread extends Thread {
    private Object object;

    public MyThread(Object object) {
        this.object = object;
    }

    public void run() {
        System.out.println("before unpark");        
        // 释放许可
        LockSupport.unpark((Thread) object);
        System.out.println("after unpark");
    }
}

public class ParkAndUnparkDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread(Thread.currentThread());
        myThread.start();
        try {
            // 主线程睡眠3s
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("before park");
        // 获取许可
        LockSupport.park("ParkAndUnparkDemo");
        System.out.println("after park");
    }
}

运行结果：

before unpark
after unpark
before park
after park

可以看到，在先调用 unpark，再调用 park时，仍能够正确实现同步，不会造成由 wait/notify调用顺序不当所引起的阻塞。因此park/unpark相比 wait/notify更加的灵活。

中断响应

import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

class MyThread extends Thread {
    private Object object;

    public MyThread(Object object) {
        this.object = object;
    }

    public void run() {
        System.out.println("before interrupt");        
        try {
            // 休眠3s
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }    
        Thread thread = (Thread) object;
        // 中断线程
        thread.interrupt();
        System.out.println("after interrupt");
    }
}

public class InterruptDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread(Thread.currentThread());
        myThread.start();
        System.out.println("before park");
        // 获取许可
        LockSupport.park("ParkAndUnparkDemo");
        System.out.println("after park");
    }
}

运行结果：可以看到，在主线程调用 park阻塞后，在 myThread线程中发出了中断信号，此时主线程会继续运行，也就是说明此时 interrupt起到的作用与 unpark一样。

before park
before interrupt
after interrupt
after park

Thread.sleep() 和 Object.wait()的区别？

首先，我们先来看看 Thread.sleep()和 Object.wait()的区别，这是一个烂大街的题目了，大家应该都能说上来两点。
【1】Thread.sleep()不会释放占有的锁，Object.wait()会释放占有的锁；
【2】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；
【3】Thread.sleep()到时间了会自动唤醒，然后继续执行；
【4】Object.wait()不带时间的，需要另一个线程使用 Object.notify()唤醒；
【5】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。

Thread.sleep() 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。

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。
【1】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；
【2】Thread.sleep()没法从外部唤醒，只能自己醒过来；
【3】LockSupport.park()方法可以被另一个线程调用 LockSupport.unpark()方法唤醒；
【4】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；
【5】LockSupport.park()方法不需要捕获中断异常；
【6】Thread.sleep()本身就是一个 native方法；
【7】LockSupport.park()底层是调用的 Unsafe的 native方法；

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！
【1】Object.wait()方法需要在 synchronized块中执行；
【2】LockSupport.park() 可以在任意地方执行；
【3】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；
【4】LockSupport.park() 不需要捕获中断异常；
【5】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；
【6】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；
【7】如果在 wait()之前执行了 notify()会怎样? 抛出 IllegalMonitorStateException异常；
【8】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；
【9】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。

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。