一、前言
Basic thread blocking primitives for creating locks and other synchronization classes.
用于创建锁定和其他同步类的基本线程阻塞原语(基础?)。
上面这段话是Java Doc对LockSupport的描述,表明了该类在实现锁当中的重要意义。因此我们先来查看一下其中的源码,看看它是如何实现的。
二、LockSupport成员变量分析
public class LockSupport { private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE; private static final long parkBlockerOffset; private static final long SEED; private static final long PROBE; private static final long SECONDARY; static { try { UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe(); Class tk = Thread.class; parkBlockerOffset = UNSAFE.objectFieldOffset (tk.getDeclaredField("parkBlocker")); SEED = UNSAFE.objectFieldOffset (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomSeed")); PROBE = UNSAFE.objectFieldOffset (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomProbe")); SECONDARY = UNSAFE.objectFieldOffset (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomSecondarySeed")); } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); } }}
首先要明确的就是sun.misc.Unsafe这个类,它是一个final class,里面有100多个方法,锁的实现也是依赖了这个类,其中基本上都是native方法。Java避免了程序员直接操作内存,但这不是绝对的,通过使用Unsafe类,我们还是能够操作内存。笔者尝试阅读里面的C++代码,奈何已经将知识都还给了老师。源码越看到后面,越觉得C和C++的伟大,膝盖瑟瑟打抖,有兴趣的园友们可以尝试着阅读以下:。
parkBlockerOffset。从字面上看就是parkBlocker的偏移量,那么parkBlocker是干嘛的呢,从static代码块中可以看到,它属于Thread类,于是进去看看:
/** * The argument supplied to the current call to * java.util.concurrent.locks.LockSupport.park. * Set by (private) java.util.concurrent.locks.LockSupport.setBlocker * Accessed using java.util.concurrent.locks.LockSupport.getBlocker */volatile Object parkBlocker;
从注释上看,就是给LockSupport的setBlocker和getBlocker调用。另外在LockSupport的java doc中也写到:
This object is recorded while the thread is blocked to permit monitoring and diagnostic tools to identify the reasons that threads are blocked. (Such tools may access blockers using method [getBlocker(Thread).) The use of these forms rather than the original forms without this parameter is strongly encouraged. The normal argument to supply as a
blocker
within a lock implementation isthis
.
大致是说,parkBlocker是当线程被阻塞的时候被记录,以便监视和诊断工具来识别线程被阻塞的原因。
Unsafe类提供了获取某个字段相对 Java对象的“起始地址”的偏移量的方法objectFieldOffset,从而能够获取该字段的值。
那么为什么记录该blocker在对象中的偏移量,而不是直接调用Thread.getBlocker(),这样不是更好,原因其实很好理解,当线程被阻塞(Blocked)的时候,线程是不会响应的。另外通过反射应该也可以拿到。
三、LockSupport的重要方法
类中的方法主要分为两类:park
(阻塞线程)和unpark
(解除阻塞)。
首先强调的一点事park方法阻塞的是当前的线程,也就是说在哪个线程中调用,那么哪个线程就被阻塞(在没有获得许可的情况下)。
重点讲其中的几个:
3.1 park()解析
public static void park() { UNSAFE.park(false, 0L);}
UNSAFE.park的两个参数,前一个为true的时候表示传入的是绝对时间,false表示相对时间,即从当前时间开始算。后面的long类型的参数就是等待的时间,0L表示永久等待。
根据java doc中的描述,调用park后有三种情况,能使线程继续执行下去:
- 有某个线程调用了当前线程的unpark。
- 其他线程中断(interrupt)了当前线程
- 该调用不合逻辑地(即毫无理由地)返回。
验证一:
public class UnparkTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread ut = new Thread(new UnparkThread(Thread.currentThread())); ut.start(); System.out.println("I'm going to call park"); // Thread.sleep(1000L); LockSupport.park(); System.out.println("oh, I'm running again"); }}class UnparkThread implements Runnable { private final Thread t; UnparkThread(Thread t) { this.t = t; } @Override public void run() { try { Thread.sleep(1000L); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("I'm in unpark"); LockSupport.unpark(t); System.out.println("I called unpark"); }}
结果:
I'm going to call parkI'm in unparkI called unparkoh, I'm running again
另外值得一提的是,LockSupport对park和unpark的调用顺序并没有要求,将两个Thread.sleep(1000L);
注释切换一下就可以发现,先调用unpark,再调用park,依旧可以获得许可,让线程继续运行。这一点与Object的 wait 和 notify 要求固定的顺序不同,其实现原理可以看。
验证二:
public class LockSupportInterrupt { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread t = new Thread(new InterruptThread()); t.start(); Thread.sleep(1000L); System.out.println("I'm going to interrupt"); t.interrupt(); }}class InterruptThread implements Runnable { @Override public void run() { System.out.println("I'm going to park"); LockSupport.park(); System.out.println("I'm going to again"); }}
运行结果:
I'm going to parkI'm going to interruptI'm going to again
LockSupport的park能够能响应interrupt事件,且不会抛出InterruptedException异常。
3.2 park(Object blocker)
park的另一个重载方法需要传入blocker对象:
public static void park(Object blocker) { Thread t = Thread.currentThread(); setBlocker(t, blocker); UNSAFE.park(false, 0L); setBlocker(t, null);}
在理解了parkBlocker的作用后,这个方法里的代码就很好理解了。
- 在调用park阻塞当前线程之前,先记录当前线程的blocker。
- 调用park阻塞当前线程
- 当前面提到的三个让线程继续执行下去的情况时,再将parkBlocker设置为null,因为当前线程已经没有被blocker住了,如果不设置为null,那诊断工具获取被阻塞的原因就是错误的,这也是为什么要有两个setBlocker的原因。
再看一下setBlocker的代码:
private static void setBlocker(Thread t, Object arg) { // Even though volatile, hotspot doesn't need a write barrier here. UNSAFE.putObject(t, parkBlockerOffset, arg);}
方法是私有的,嗯,为了保证正确性,肯定不能被其他类调用。
另外就是利用了之前提到的偏移量以及unsafe对象将blocker值设置进了线程t当中。
3.3 unpark(Thread thread)
public static void unpark(Thread thread) { if (thread != null) UNSAFE.unpark(thread);}
这就很简单了,判断是否为空,然后调用unsafe的unpark方法。由此更可见unsafe这个类的重要性。
四、各种例子
4.1 jstack查看parkBlocker
前面提到parkBlocker提供了调试工具上面查找原因,所以我们来看一下在jstack上面是什么情况:
public class JstackTest { public static void main(String[] args) { // 给main线程设置名字,好查找一点 Thread.currentThread().setName("jstacktest"); LockSupport.park("block"); }}
利用park(blocker)来阻塞main线程,传入string作为parkBlocker。
运行之后,在shell里运行:
> jps37137 Jps4860 37132 Launcher37133 JstackTest
可以看到我们的java线程的pid,JstackTest这个类对应的是37133,然后再利用jstack来查看:
> jstack -l 37133"jstacktest" #1 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007f7f07001800 nid=0x2903 waiting on condition [0x0000700000901000] java.lang.Thread.State: WAITING (parking) at sun.misc.Unsafe.park(Native Method) - parking to wait for <0x000000079582f5d0> (a java.lang.String) at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175) at lock.JstackTest.main(JstackTest.java:11) Locked ownable synchronizers: - None
省略了一部分,可以看到jstacktest线程的状态是Waiting on condition(等待资源,或等待某个条件的发生),同事可以看到这样一句话:parking to wait for <0x000000079582f5d0> (a java.lang.String)。
<0x000000079582f5d0>的类型是String,也就是之前传入park里的block字符串。而0x000000079582f5d0估计就是其地址(待验证)。
4.2 利用LockSupport实现先进先出锁
在来看一下java doc上提供的示例:
class FIFOMutex { private final AtomicBoolean locked = new AtomicBoolean(false); private final Queuewaiters = new ConcurrentLinkedQueue (); public void lock() { boolean wasInterrupted = false; Thread current = Thread.currentThread(); waiters.add(current); while (waiters.peek() != current || !locked.compareAndSet(false, true)) { LockSupport.park(this); if (Thread.interrupted()) wasInterrupted = true; } waiters.remove(); if (wasInterrupted) current.interrupt(); } public void unlock() { locked.set(false); LockSupport.unpark(waiters.peek()); }}
先进先出锁就是先申请锁的线程最先获得锁的资源,实现上采用了队列再加上LockSupport.park。
- 将当前调用lock的线程加入队列
- 如果等待队列的队首元素不是当前线程或者locked为true,则说明有线程已经持有了锁,那么调用park阻塞其余的线程。
- 如果队首元素是当前线程且locked为false,则说明前面已经没有人持有锁,删除队首元素也就是当前的线程,然后当前线程继续正常执行。
- 执行完后调用unlock方法将锁变量修改为false,并解除队首线程的阻塞状态。此时的队首元素继续之前的判断。
五、总结
到这里,对LockSupport有了简单的认识,如果还想深入了话,就要开始阅读C++里面的代码了。后面有机会再重拾C++。最后谢谢各位园友观看,如果有描述不对的地方欢迎指正,与大家共同进步!
参考: