LockSupport理解

一、背景

在看并发包源码的时候看见过LockSupport,今天恰巧看到LockSupport字眼,于是看下jdk1.7中的源码结构。想着它应该是运用多线程的锁工具的，到底似乎怎么实现的呢？

二、使用

于是自己写个demo对比下synchronized

场景：main线程中创建一个线程A,想让threadA 循环完毕的时候先阻塞，然后再main线程中释放。

1.控制多线程并发：

public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
        generalSync(obj);
        obj.notifyAll();
        System.out.println("主线程执行完毕");
    }

    public static void generalSync(final Object obj) {
        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10000; i++) {
　　　　　　　　　　　　　System.out.println(i);
                }
                System.out.println("循环完毕");
                try {
                    obj.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("线程A执行完毕");
            }
        };
        Thread threadA = new Thread(runnable);
        threadA.start();
    }

上面这个最终结果是什么呢情？会以异常结束：java.lang.IllegalMonitorStateException， 产生的原因是Object的wait,notify,notifyAll方法必须在同步块中执行

2.使用synchronized但主线程接触阻塞在threadA阻塞执行之前

public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
        generalSync(obj);
　　　　　　　// Thread.sleep(1000);
        synchronized (obj) {
            obj.notifyAll();
        }
        System.out.println("主线程执行完毕");
    }

    public static void generalSync(final Object obj) {
        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                    System.out.println(i);
                }
                System.out.println("循环完毕");
                try {
                    synchronized (obj) {
                        obj.wait();
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("线程A执行完毕");
            }
        };
        Thread threadA = new Thread(runnable);
        threadA.start();
    }
    

上面会导致一直阻塞，因为主线程在第3行开启一个threadA后，就往下执行4~7代码，而threadA需要循环所用的时间更久。因此会先调用obj.notifyAll()，然后再obj.wait()导致调用顺序错误一直阻塞。想要达到我们预期的目的，根据threadA时间，可以在第4行添加Thread.sleep(1000)使主线程中的obj.notifyAll()晚于obj.wait()执行。

3.使用LockSupport来实现同步

    public static void main(String[] args) {
        Thread threadA = generalSync();
        LockSupport.unpark(threadA);
        System.out.println("主线程执行完毕");
    }

    public static Thread generalSync() {
        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                    System.out.println(i);
                }
                System.out.println("循环完毕");
                LockSupport.park();
                System.out.println("线程A执行完毕");
            }
        };
        Thread threadA = new Thread(runnable);
        threadA.start();
        return threadA;
    }

通过LockSupport无需关于阻塞和释放的调用先后问题，仅仅通过park/unpark即可阻塞或释放。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。

三、阅读源码

通过类注释介绍，LockSupport是JDK中比较底层的类，用来创建锁和其他同步工具类的基本线程阻塞原语。java锁和同步器框架的核心 AQS: AbstractQueuedSynchronizer，就是通过调用 LockSupport .park()和 LockSupport .unpark()实现线程的阻塞和唤醒 的，下面重点关注着2个方法。

public class LockSupport {
    private LockSupport() {} // Cannot be instantiated.

    // Hotspot implementation via intrinsics API
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    private static final long parkBlockerOffset;

1.根据上面的类定义，内部构造方法私有化，外部类无法实例，作为工具类使用的意图。类中实例化了一个Unsafe这个可直接操作内存的本地API

   public static void park(Object blocker) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        setBlocker(t, blocker);
        unsafe.park(false, 0L);
        setBlocker(t, null);
    }

2.阻塞是通过park方法，第2行获取当前线程；第3行执行setBlocker(Thread t, Object arg)，setBlocker从名字感觉设置阻塞的地方；第4行调用Unsafe中public native void park(boolean paramBoolean, long paramLong)产生阻塞；第5行调用setBlocker(Thread t, Object arg)，但是Object参数是null，此处应该是去除阻塞点。

public class LockSupport {
    private LockSupport() {} // Cannot be instantiated.

    // Hotspot implementation via intrinsics API
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    private static final long parkBlockerOffset;

    static {
        try {
            parkBlockerOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (java.lang.Thread.class.getDeclaredField("parkBlocker"));
        } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
    }

    private static void setBlocker(Thread t, Object arg) {
        // Even though volatile, hotspot doesn't need a write barrier here.
        unsafe.putObject(t, parkBlockerOffset, arg);
    }

3.setBlocker是调用Unsafe中public native void putObject(Object paramObject1, long paramLong, Object paramObject2)方法，这个long类型paramLong传的是Thread在内存中的偏移量。通过8~13可以看出在静态代码块中通过Unsafe中public native long objectFieldOffset(Field paramField)来得到内存中位置（之前原子操作类也是通过此方法来获取偏移量）这个偏移量属性名称是"parkBlocker",类型从第11行可以知道parkBlocker是java.lang.Thread类中的一个属性，

public
class Thread implements Runnable {
    /* Make sure registerNatives is the first thing <clinit> does. */
    private static native void registerNatives();
    static {
        registerNatives();
    }

    ... ...
 /**
     * 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;

这个parkBlocker应该是Thread类变量。首先LockSupport 是构造方法私有化，类似一个工具类，而且parkBlockerOffset是static类型的，所以即使在多个场景下的多线程环境，不同的多个Thread调用setBlocker方法都只是针对Thread的类变量进行赋值（类变量只有一个）所以是多对一的关系。并且通过getBlocker源码注释可以看出

    /**
     * Returns the blocker object supplied to the most recent
     * invocation of a park method that has not yet unblocked, or null
     * if not blocked.  The value returned is just a momentary
     * snapshot -- the thread may have since unblocked or blocked on a
     * different blocker object.
     *
     * @param t the thread
     * @return the blocker
     * @throws NullPointerException if argument is null
     * @since 1.6
     */
    public static Object getBlocker(Thread t) {
        if (t == null)
            throw new NullPointerException();
        return unsafe.getObjectVolatile(t, parkBlockerOffset);
    }

从注释看出“返回的是最近被阻塞的对象，类似一个瞬间的快照”，那么我理解Thread中Object parkBlocker属性可能会被多个线程赋值。这个属性跟并发阻塞并无关系，只是起到记录阻塞对象的作用。

 至于Unsafe类中native方法，就没有去追究。看其他博客理解到的是：在hotspot里每个java线程都有一个Parker实例，Parker里使用了一个无锁的队列在分配释放Parker实例。Parker里面有个变量，volatile int _counter 相当于许可，二元信号量（类似0和1）

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；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

当unpark时，则简单多了，直接设置_counter为1，如果_counter之前的值是0，则还要调用唤醒在park中等待的线程：