jdk1.8 Unsafe类 park和unpark方法解析

park是Unsafe类里的native方法，LockSupport类通过调用Unsafe类的park和unpark提供了几个操作。Unsafe的park方法如下：

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

 第一个参数是是否是绝对时间，第二个参数是等待时间值。如果isAbsolute是true则会实现ms定时。如果isAbsolute是false则会实现ns定时。

LockSupport类常用的park方法如下，无参方法

1. public static void park() {
2. UNSAFE.park(false, 0L);
3. }

执行普通的挂起，isAbsolute是false，time是0。三种情况：1.在调用park()之前调用了unpark或者interrupt则park直接返回，不会挂起。2.如果未调用，则park会挂起当前线程。3.park未知原因调用出错则直接返回（一般不会出现）

再看实现ns计时的方法

1. public static void parkNanos(long nanos) {
2. if (nanos > 0)
3. UNSAFE.park(false, nanos);
4. }

isAbsolute是false，time大于0，则会实现高精度计时。三种情况：1.在调用park()之前调用了unpark或者interrupt则park直接返回，不会挂起。2.如果未调用则会挂起当前线程，但是在挂起time ns时如果未收到唤醒信号也会返回继续执行。3.park未知原因调用出错则直接返回（一般不会出现）

再看实现低精度的ms定时方法

1. public static void parkUntil(long deadline) {
2. UNSAFE.park(true, deadline);
3. }

此时isAbsolute是true，time可以为任意数值。四种情况：1.在调用park()之前调用了unpark或者interrupt则park直接返回，不会挂起。2.如果time <= 0则直接返回。3.如果之前未调用park unpark并且time > 0,则会挂起当前线程，但是在挂起time ms时如果未收到唤醒信号也会返回继续执行。4.park未知原因调用出错则直接返回（一般不会出现）

再看hotspot对应的类

1. class Parker : public os::PlatformParker {
2. private:
3. volatile int _counter ; //计数
4. Parker * FreeNext ; //指向下一个Parker
5. JavaThread * AssociatedWith ; // 指向parker所属的线程。
6.  
7. public:
8. Parker() : PlatformParker() {
9. _counter = 0 ; //初始化为0
10. FreeNext = NULL ;
11. AssociatedWith = NULL ;
12. }
13. protected:
14. ~Parker() { ShouldNotReachHere(); }
15. public:
16. // For simplicity of interface with Java, all forms of park (indefinite,
17. // relative, and absolute) are multiplexed into one call.
18. void park(bool isAbsolute, jlong time);
19. void unpark();
20.  
21. // Lifecycle operators
22. static Parker * Allocate (JavaThread * t) ;
23. static void Release (Parker * e) ;
24. private:
25. static Parker * volatile FreeList ;
26. static volatile int ListLock ;
27.  
28. };

Unsafe调用的park最终会调用Parker类的park函数，Parker继承了PlatformParker。

1. class PlatformParker : public CHeapObj<mtInternal> {
2. protected:
3. enum {
4. REL_INDEX = 0,
5. ABS_INDEX = 1
6. };
7. int _cur_index; // 条件变量数组下标，which cond is in use: -1, 0, 1
8. pthread_mutex_t _mutex [1] ; //pthread互斥锁
9. pthread_cond_t _cond [2] ; // pthread条件变量数组,一个用于相对时间，一个用于绝对时间。
10.  
11. public: // TODO-FIXME: make dtor private
12. ~PlatformParker() { guarantee (0, "invariant") ; }
13.  
14. public:
15. PlatformParker() {
16. int status;
17. status = pthread_cond_init (&_cond[REL_INDEX], os::Linux::condAttr());
18. assert_status(status == 0, status, "cond_init rel");
19. status = pthread_cond_init (&_cond[ABS_INDEX], NULL);
20. assert_status(status == 0, status, "cond_init abs");
21. status = pthread_mutex_init (_mutex, NULL);
22. assert_status(status == 0, status, "mutex_init");
23. _cur_index = -1; // mark as unused
24. }
25. };

PlatformParker主要看三个成员变量，_cur_index, _mutex, _cond。其中mutex和cond就是很熟悉的glibc nptl包中符合posix标准的线程同步工具，一个互斥锁一个条件变量。再看thread和Parker的关系，在hotspot的Thread类的NameThread内部类中有一个 Parker成员变量。说明parker是每线程变量，在创建线程的时候就会生成一个parker实例。

1. // JSR166 per-thread parker
2. private:
3.   Parker*    _parker;

再看park的实现

1. void Parker::park(bool isAbsolute, jlong time) {
2.  
3. //原子交换，如果_counter > 0,则将_counter置为0，直接返回，否则_counter为0
4. if (Atomic::xchg(0, &_counter) > 0) return;
5. //获取当前线程
6. Thread* thread = Thread::current();
7. assert(thread->is_Java_thread(), "Must be JavaThread");
8. //下转型为java线程
9. JavaThread *jt = (JavaThread *)thread;
10.  
11.  
12. //如果当前线程设置了中断标志，调用park则直接返回，所以如果在park之前调用了
13. //interrupt就会直接返回
14. if (Thread::is_interrupted(thread, false)) {
15. return;
16. }
17.  
18. // 高精度绝对时间变量
19. timespec absTime;
20. //如果time小于0，或者isAbsolute是true并且time等于0则直接返回
21. if (time < 0 || (isAbsolute && time == 0) ) { // don't wait at all
22. return;
23. }
24. //如果time大于0，则根据是否是高精度定时计算定时时间
25. if (time > 0) {
26. unpackTime(&absTime, isAbsolute, time);
27. }
28.  
29.  
30. //进入安全点避免死锁
31. ThreadBlockInVM tbivm(jt);
32.  
33.  
34. //如果当前线程设置了中断标志，或者获取mutex互斥锁失败则直接返回
35. //由于Parker是每个线程都有的，所以_counter cond mutex都是每个线程都有的，
36. //不是所有线程共享的所以加锁失败只有两种情况，第一unpark已经加锁这时只需要返回即可，
37. //第二调用调用pthread_mutex_trylock出错。对于第一种情况就类似是unpark先调用的情况，所以
38. //直接返回。
39. if (Thread::is_interrupted(thread, false) || pthread_mutex_trylock(_mutex) != 0) {
40. return;
41. }
42.  
43. int status ;
44. //如果_counter大于0，说明unpark已经调用完成了将_counter置为了1，
45. //现在只需将_counter置0，解锁，返回
46. if (_counter > 0) { // no wait needed
47. _counter = 0;
48. status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
49. assert (status == 0, "invariant");
50. OrderAccess::fence();
51. return;
52. }
53.  
54.  
55. OSThreadWaitState osts(thread->osthread(), false /* not Object.wait() */);
56. jt->set_suspend_equivalent();
57. // cleared by handle_special_suspend_equivalent_condition() or java_suspend_self()
58.  
59. assert(_cur_index == -1, "invariant");
60. //如果time等于0，说明是相对时间也就是isAbsolute是fasle(否则前面就直接返回了),则直接挂起
61. if (time == 0) {
62. _cur_index = REL_INDEX; // arbitrary choice when not timed
63. status = pthread_cond_wait (&_cond[_cur_index], _mutex) ;
64. } else { //如果time非0
65. //判断isAbsolute是false还是true，false的话使用_cond[0]，否则用_cond[1]
66. _cur_index = isAbsolute ? ABS_INDEX : REL_INDEX;
67. //使用条件变量使得当前线程挂起。
68. status = os::Linux::safe_cond_timedwait (&_cond[_cur_index], _mutex, &absTime) ;
69. //如果挂起失败则销毁当前的条件变量重新初始化。
70. if (status != 0 && WorkAroundNPTLTimedWaitHang) {
71. pthread_cond_destroy (&_cond[_cur_index]) ;
72. pthread_cond_init (&_cond[_cur_index], isAbsolute ? NULL : os::Linux::condAttr());
73. }
74. }
75.  
76. //如果pthread_cond_wait成功则以下代码都是线程被唤醒后执行的。
77. _cur_index = -1;
78. assert_status(status == 0 || status == EINTR ||
79. status == ETIME || status == ETIMEDOUT,
80. status, "cond_timedwait");
81.  
82. #ifdef ASSERT
83. pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &oldsigs, NULL);
84. #endif
85. //将_counter变量重新置为1
86. _counter = 0 ;
87. //解锁
88. status = pthread_mutex_unlock(_mutex) ;
89. assert_status(status == 0, status, "invariant") ;
90. // 使用内存屏障使_counter对其它线程可见
91. OrderAccess::fence();
92.  
93. // 如果在park线程挂起的时候调用了stop或者suspend则还需要将线程挂起不能返回
94. if (jt->handle_special_suspend_equivalent_condition()) {
95. jt->java_suspend_self();
96. }
97. }

再看unpark函数

1. void Parker::unpark() {
2. int s, status ;
3. //加互斥锁
4. status = pthread_mutex_lock(_mutex);
5. assert (status == 0, "invariant") ;
6. s = _counter;
7. _counter = 1; //将_counter置1
8. //如果_counter是0则说明调用了park或者没调用(初始为counter0）
9. //这也说明park和unpark调用没有先后顺序。
10. if (s < 1) {
11. // 说明当前parker对应的线程挂起了，因为_cur_index初始是-1，并且等待条件变量的线程被唤醒
12. //后也会将_cur_index重置-1
13. if (_cur_index != -1) {
14. //如果设置了WorkAroundNPTLTimedWaitHang先调用signal再调用unlock，否则相反
15. //这两个先后顺序都可以，在hotspot在Linux下默认使用这种方式
16. //即先调用signal再调用unlock
17. if (WorkAroundNPTLTimedWaitHang) {
18. status = pthread_cond_signal (&_cond[_cur_index]);
19. assert (status == 0, "invariant");
20. status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
21. assert (status == 0, "invariant");
22. } else {
23. status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
24. assert (status == 0, "invariant");
25. status = pthread_cond_signal (&_cond[_cur_index]);
26. assert (status == 0, "invariant");
27. }
28. } else { //如果_cur_index == -1说明线程没在等待条件变量，则直接解锁
29. pthread_mutex_unlock(_mutex);
30. assert (status == 0, "invariant") ;
31. }
32. } else {//如果_counter == 1,说明线程调用了一次或多次unpark但是没调用park，则直接解锁
33. pthread_mutex_unlock(_mutex);
34. assert (status == 0, "invariant") ;
35. }

unpark主要是根据counter和cur_index判断当前线程是否挂在条件变量上，如果是则signal，否则就什么也不做。

所以park和unpark和核心就是counter cur_index, mutex,cond，通过使用条件变量对counter进行操作，在调用park的时候如果counter是0则会去执行挂起的流程，否则返回，在挂起恢复后再将counter置为0。在unpark的时候如果counter是0则会执行唤醒的流程，否则不执行唤醒流程，并且不管什么情况始终将counter置为1。