concurrent包是基于AQS (AbstractQueuedSynchronizer)框架的,AQS框架借助于两个类:
- Unsafe(提供CAS操作)
- LockSupport(提供park/unpark操作)
因此,LockSupport非常重要。
两个重点
(1)操作对象
归根结底,LockSupport.park()和LockSupport.unpark(Thread thread)调用的是Unsafe中的native代码:
//LockSupport中 public static void park() { UNSAFE.park(false, 0L); }
//LockSupport中 public static void unpark(Thread thread) { if (thread != null) UNSAFE.unpark(thread); }
Unsafe类中的对应方法:
//park public native void park(boolean isAbsolute, long time); //unpack public native void unpark(Object var1);
park函数是将当前调用Thread阻塞,而unpark函数则是将指定线程Thread唤醒。
与Object类的wait/notify机制相比,park/unpark有两个优点:
以thread为操作对象更符合阻塞线程的直观定义
操作更精准,可以准确地唤醒某一个线程(notify随机唤醒一个线程,notifyAll唤醒所有等待的线程),增加了灵活性。
(2)关于“许可”
在上面的文字中,我使用了阻塞和唤醒,是为了和wait/notify做对比。
其实park/unpark的设计原理核心是“许可”:park是等待一个许可,unpark是为某线程提供一个许可。
如果某线程A调用park,那么除非另外一个线程调用unpark(A)给A一个许可,否则线程A将阻塞在park操作上。
有一点比较难理解的,是unpark操作可以再park操作之前。
也就是说,先提供许可。当某线程调用park时,已经有许可了,它就消费这个许可,然后可以继续运行。这其实是必须的。考虑最简单的生产者(Producer)消费者(Consumer)模型:Consumer需要消费一个资源,于是调用park操作等待;Producer则生产资源,然后调用unpark给予Consumer使用的许可。非常有可能的一种情况是,Producer先生产,这时候Consumer可能还没有构造好(比如线程还没启动,或者还没切换到该线程)。那么等Consumer准备好要消费时,显然这时候资源已经生产好了,可以直接用,那么park操作当然可以直接运行下去。如果没有这个语义,那将非常难以操作。
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。
Unsafe.park和Unsafe.unpark的底层实现原理
在Linux系统下,是用的Posix线程库pthread中的mutex(互斥量),condition(条件变量)来实现的。
mutex和condition保护了一个_counter的变量,当park时,这个变量被设置为0,当unpark时,这个变量被设置为1。
源码:
每个Java线程都有一个Parker实例,Parker类是这样定义的:
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Posix的mutex,condition来实现的。
在Parker类里的_counter字段,就是用来记录“许可”的。
park 过程
当调用park时,先尝试能否直接拿到“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();
unpark 过程
当unpark时,则简单多了,直接设置_counter为1,再unlock mutex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") ; } }
JDK1.8后,ReentrantLock及ReentrantReadWriteLock是基于AQS实现的,AQS内部使用了unsafe类进行操作;
LockSupport也是基于unsafe类操作。
可以说LockSupport也是阻塞的,但是不会发生Thread.suspend 和 Thread.resume所可能引发的死锁问题。
而AQS是非阻塞机制。
LockSupport.park()和unpark(),与object.wait()和notify()的区别?
主要的区别应该说是它们面向的对象不同。阻塞和唤醒是对于线程来说的,LockSupport的park/unpark更符合这个语义,以“线程”作为方法的参数, 语义更清晰,使用起来也更方便。而wait/notify的实现使得“阻塞/唤醒对线程本身来说是被动的,要准确的控制哪个线程、什么时候阻塞/唤醒很困难, 要不随机唤醒一个线程(notify)要不唤醒所有的(notifyAll)。
代码示例:
package juc; import java.util.Queue; import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean; import java.util.concurrent.locks.LockSupport; public class TestLockSupport { static final ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); public static void main(String[] args) { FIFOMutex mutex = new FIFOMutex(); for (int i = 0; i < 10; i++) { executorService.submit(new Runnable() { @Override public void run() { mutex.lock(); String threadName = Thread.currentThread().getName(); System.out.println(threadName + " : start!"); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(threadName + " : done!"); mutex.unlock(); } }); } } } class FIFOMutex { private final AtomicBoolean locked = new AtomicBoolean(false); private final Queue<Thread> waiters = new ConcurrentLinkedQueue<Thread>(); public void lock() { boolean wasInterrupted = false; Thread current = Thread.currentThread(); waiters.add(current); // Block while not first in queue or cannot acquire lock // 如果不是第一个 或者 没有获取到锁就阻塞 while (waiters.peek() != current || !locked.compareAndSet(false, true)) { LockSupport.park(this); // 等待过程忽略中断 if (Thread.interrupted()) // ignore interrupts while waiting wasInterrupted = true; } waiters.remove(); // 恢复中断状态 if (wasInterrupted) // reassert interrupt status on exit current.interrupt(); } public void unlock() { locked.set(false); LockSupport.unpark(waiters.peek()); } }
作者:SinX竟然被占用了
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来源:简书
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