LockSupport分析

简介

LockSupport实际上是调用了Unsafe类里的函数,归结到Unsafe里,只有俩个函数

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

isAbsolute参数是指明时间是绝对的，还是相对的。

仅仅两个简单的接口，就为上层提供了强大的同步原语。

先来解析下两个函数是做什么的。

unpark函数为线程提供“许可(permit)”，线程调用park函数则等待“许可”。这个有点像信号量，但是这个“许可”是不能叠加的，“许可”是一次性的。

比如线程B连续调用了三次unpark函数，当线程A调用park函数就使用掉这个“许可”，如果线程A再次调用park，则进入等待状态。

注意，unpark函数可以先于park调用。比如线程B调用unpark函数，给线程A发了一个“许可”，那么当线程A调用park时，它发现已经有“许可”了，那么它会马上再继续运行。

实际上，park函数即使没有“许可”，有时也会无理由地返回，这点等下再解析。

park和unpark的灵活之处
上面已经提到，unpark函数可以先于park调用，这个正是它们的灵活之处。

一个线程它有可能在别的线程unPark之前，或者之后，或者同时调用了park，那么因为park的特性，它可以不用担心自己的park的时序问题，否则，如果park必须要在unpark之前，那么给编程带来很大的麻烦！！

考虑一下，两个线程同步，要如何处理？

在Java5里是用wait/notify/notifyAll来同步的。wait/notify机制有个很蛋疼的地方是，比如线程B要用notify通知线程A，那么线程B要确保线程A已经在wait调用上等待了，否则线程A可能永远都在等待。编程的时候就会很蛋疼。
另外，是调用notify，还是notifyAll？

notify只会唤醒一个线程，如果错误地有两个线程在同一个对象上wait等待，那么又悲剧了。为了安全起见，貌似只能调用notifyAll了。

park/unpark模型真正解耦了线程之间的同步，线程之间不再需要一个Object或者其它变量来存储状态，不再需要关心对方的状态。

Hotspot实现

每个java线程都有一个parker实例,parker类的定义是这样的

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] ;
    ...
}

可以看到parker类实际上用的Posix的mutex,cond来实现的

• _counter就是是否阻塞的标记(许可)
• _cond就好比阻塞后线程的容器
• _mutex是互斥锁,线程虚持有后进入_cond中

在Parker类里的_counter字段,就是用来记录所谓的许可的

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);
  if (_counter > 0)  { // no wait needed
    _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();

当unpark时，则简单多了，直接设置_counter为1，再`unlock mutet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") ;
  }
}

换而言之,是用mutex和cond保护了一个_counter的变量,当park时,这个变量设置为了0,当unpark时,这个变量设置为1

流程

park方法

1、执行park()方法
2、检查_counter是否是0
3、如果_counter是0，则获取互斥锁_mutex
4、获取到互斥锁，进入_cond中进行阻塞
5、再次设置_counter为0

unpark()

1、执行unpark(thread-1)，设置_counter=1
2、唤醒_cond中阻塞的线程thread-1
3、线程thread-1恢复运行
4、再次设置_counter = 0

先调用unpark，再调用park

1.调用Unsafe.unpark(Thread_0)方法，设置_counter为1
2.当前线程调用Unsafe.park()方法
3.检查_counter，本情况为1，这时线程无需阻塞，继续运行
4.设置_counter为0

优势

与 Object 的 wait/notify 相比：

wait，notify 和 notifyAll 必须配合 Monitor（重量级锁） 一起使用，而 park，unpark 不必。

park/unpark 是以线程为单位来阻塞和唤醒线程，而 notify 只能随机唤醒一个等待线程，notifyAll是唤醒所有等待线程，无法做到精确唤醒。

park/unpark 可以先 unpark，而 wait/notify 不能先 notify。