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  • java.util.concurrent.locks.LockSupport (讲得比较细)

    转自:   https://my.oschina.net/readjava/blog/282882
     
    摘要: 要学习JAVA中是如何实现线程间的锁,就得从LockSupport这个类先说起,因为这个类实现了底层的一些方法,各种的锁实现都是这个基础上发展而 来的。这个类方法很少,但理解起来需要花费一点时间,因为涉及了很多底层的知识,这些都是我们平时不关心的。

    要学习JAVA中是如何实现线程间的锁,就得从LockSupport这个类先说起,因为这个类实现了底层的一些方法,各种的锁实现都是这个基础上发展而来的。这个类方法很少,但理解起来需要花费一点时间,因为涉及了很多底层的知识,这些都是我们平时不关心的。

    上源代码:

    package java.util.concurrent.locks;
    import java.util.concurrent.*;
    import sun.misc.Unsafe;
    
    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);
        }
    
        public static void unpark(Thread thread) {
            if (thread != null)
                unsafe.unpark(thread);
        }
    
        public static void park(Object blocker) {
            Thread t = Thread.currentThread();
            setBlocker(t, blocker);
            unsafe.park(false, 0L);
            setBlocker(t, null);
        }
    
        public static void parkNanos(Object blocker, long nanos) {
            if (nanos > 0) {
                Thread t = Thread.currentThread();
                setBlocker(t, blocker);
                unsafe.park(false, nanos);
                setBlocker(t, null);
            }
        }
    
        public static void parkUntil(Object blocker, long deadline) {
            Thread t = Thread.currentThread();
            setBlocker(t, blocker);
            unsafe.park(true, deadline);
            setBlocker(t, null);
        }
    
        public static Object getBlocker(Thread t) {
            return unsafe.getObjectVolatile(t, parkBlockerOffset);
        }
    
        public static void park() {
            unsafe.park(false, 0L);
        }
    
        public static void parkNanos(long nanos) {
            if (nanos > 0)
                unsafe.park(false, nanos);
        }
    
        public static void parkUntil(long deadline) {
            unsafe.park(true, deadline);
        }
    }

    这个类提供的都是静态方法,且无法被实例化。

    在LockSupport中有两个私有的成员变量:

        private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
        private static final long parkBlockerOffset;

    大家都知道JAVA语言是平台无关的,一次编译,可以在任何平台上运行,但是如果真的不可以调用一些平台相关的方法吗?其实unsafe类是可以做到的。

    unsafe:是JDK内部用的工具类。它通过暴露一些Java意义上说“不安全”的功能给Java层代码,来让JDK能够更多的使用Java代码来实现一些原本是平台相关的、需要使用native语言(例如C或C++)才可以实现的功能。该类不应该在JDK核心类库之外使用。 

    parkBlokcerOffset:parkBlocker的偏移量,从字面上理解是这么个东东。但是parkBlocker又是干嘛的?偏移量又是做什么的呢?让我们来看看Thread类的实现:

        //java.lang.Thread的源码
        /**
         * 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;

    问题1parkBlocker又是干嘛的?

    原来java.lang.Thread的实现当中有这么一个对象。从注释上看,这个对象被LockSupport的setBlocker和getBlocker调用。查看JAVADOC会发现这么一段解释:

    大致意思是,这个对象是用来记录线程被阻塞时被谁阻塞的。用于线程监控和分析工具来定位原因的。主要调用了LockSupport的getBlocker方法。

    原来,parkBlocker是用于记录线程是被谁阻塞的。可以通过LockSupport的getBlocker获取到阻塞的对象。用于监控和分析线程用的。

    问题2:偏移量又是做什么的?

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

    这个要往后看一下,原来偏移量就算Thread这个类里面变量parkBlocker在内存中的偏移量。

    JVM的实现可以自由选择如何实现Java对象的“布局”,也就是在内存里Java对象的各个部分放在哪里,包括对象的实例字段和一些元数据之 类。sun.misc.Unsafe里关于对象字段访问的方法把对象布局抽象出来,它提供了objectFieldOffset()方法用于获取某个字段 相对Java对象的“起始地址”的偏移量,也提供了getInt、getLong、getObject之类的方法可以使用前面获取的偏移量来访问某个 Java对象的某个字段。 

    问题3:为什么要用偏移量来获取对象?干吗不要直接写个get,set方法。多简单?

    仔细想想就能明白,这个parkBlocker就是在线程处于阻塞的情况下才会被赋值。线程都已经阻塞了,如果不通过这种内存的方法,而是直接调用线程内的方法,线程是不会回应调用的。

    private static void setBlocker(Thread t, Object arg)

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

    参数:

    • Thread t 需要被赋值Blocker的线程

    • Object arg 具体的Blocker对象

    解读:有了之前的理解,这个方法就很好理解了。对给定线程t的parkBlocker赋值。为了防止,这个parkBlocker被误用,该方法是不对外公开的。

     

    public static Object getBlocker(Thread t)

        public static Object getBlocker(Thread t) {
            return unsafe.getObjectVolatile(t, parkBlockerOffset);
        }

    参数:Thread t, 被操作的线程对象

    返回:parkBlocker对象

    解读:从线程t中获取他的parkerBlocker对象。这个方法是对外公开的。

    是不是可以利用这个方法来写一个监控程序,炫耀一把.

    再讲其他几个方法之前,先谈谈park和unpark是做什么的.

    看看SUN的官方解释 (点击查看源码

            /**  
             * Unblock the given thread blocked on <tt>park</tt>, or, if it is
             * not blocked, cause the subsequent call to <tt>park</tt> not to
             * block.  Note: this operation is "unsafe" solely because the
             * caller must somehow ensure that the thread has not been
             * destroyed. Nothing special is usually required to ensure this
             * when called from Java (in which there will ordinarily be a live
             * reference to the thread) but this is not nearly-automatically
             * so when calling from native code.
             * @param thread the thread to unpark.
             * 
             */
             public native void unpark(Object thread);
         
            /**
             * Block current thread, returning when a balancing
             * <tt>unpark</tt> occurs, or a balancing <tt>unpark</tt> has
             * already occurred, or the thread is interrupted, or, if not
             * absolute and time is not zero, the given time nanoseconds have
             * elapsed, or if absolute, the given deadline in milliseconds
             * since Epoch has passed, or spuriously (i.e., returning for no  
              * "reason"). Note: This operation is in the Unsafe class only
             * because <tt>unpark</tt> is, so it would be strange to place it
             * elsewhere.
             */
             public native void park(boolean isAbsolute, long time);

    字面理解park,就算占住,停车的时候不就把这个车位给占住了么?起这个名字还是很形象的。unpark,占住的反义词,就是释放。把车从车位上开走。

    翻译一下:

    • park:阻塞当前线程,(1)当配对的unpark发生或者(2)配对的unpark已经发生或者线程被中断时恢复(unpark先 行,再执行park)。 (3)当absolute是false时,如果给定的时间是非0(负数)或者给定的时间(正数, 时间单位时毫秒)已经过去了(0的时候会一直阻塞着)。(4)当Absolute是true时,如果给定的时间(时间单位是纳秒)过去了或者伪造的(在我 理解是参数不合法时)线程会恢复中断。这个操作是不安全的,所以在其他调用会很奇怪(奇怪?反正就是用的时候要小心)

      • unpark:当指定线程被park命令阻塞时unpark命令可以恢复阻塞。在park命令没有被先调用过的时候,调用unpark,线程仍然不被阻塞。(翻译的有点那个...).

      理解一下,park与unpark命令是成对出现的。unpark必须要在park命令后执行。但是线程的恢复并不一定要用unpark, 因为park的时间参数,有些情况下线程会自己恢复。

       public static void unpark(Thread thread)

          public static void unpark(Thread thread) {
              if (thread != null)
                  unsafe.unpark(thread);
          }

      参数:Thread thread, 需要被中止挂起的线程

      带blocker参数的park方法

      public static void park(Object blocker) {
              Thread t = Thread.currentThread();
              setBlocker(t, blocker);
              unsafe.park(false, 0L);
              setBlocker(t, null);
          }
      
          public static void parkNanos(Object blocker, long nanos) {
              if (nanos > 0) {
                  Thread t = Thread.currentThread();
                  setBlocker(t, blocker);
                  unsafe.park(false, nanos);
                  setBlocker(t, null);
              }
          }
      
          public static void parkUntil(Object blocker, long deadline) {
              Thread t = Thread.currentThread();
              setBlocker(t, blocker);
              unsafe.park(true, deadline);
              setBlocker(t, null);
          }

      参数:

      • Object blocker:用于记录到线程中的parkBlocker对象。

      • nanos:在nanos时间后线程自动恢复挂起

      • deadline:在deadline时刻线程自动(这个毫秒其实就是自1970年1月1日0时起的毫秒数)

      解读:这三个方法其实是一个意思,把blocker放到线程当中,注意,这个park方法是一个阻塞的方法,除非4个条件

      1. 当配对的unpark发生或者

      2. 配对的unpark已经发生或者线程被中断时恢复(unpark先行,再执行park)

      3. 当absolute是false时,如果给定的时间是非0(负数)或者给定的时间(正数, 时间单位时毫秒)已经过去了(0的时候会一直阻塞着)。

      4. 当Absolute是true时,如果给定的时间(时间单位是纳秒)过去了或者伪造的(在我理解是参数不合法时)线程会恢复中断。

      不带blocker参数的park方法

          public static void park() {
              unsafe.park(false, 0L);
          }
      
          public static void parkNanos(long nanos) {
              if (nanos > 0)
                  unsafe.park(false, nanos);
          }
      
          public static void parkUntil(long deadline) {
              unsafe.park(true, deadline);
          }

      这三个方法跟上面一样,唯一区别是没有做parkBlocker的赋值操作。


      来自我同事的并发编程网:

      我们继续看一下JVM是如何实现park方法的,park在不同的操作 系统使用不同的方式实现,在linux下是使用的是系统方法pthread_cond_wait实现。实现代码在JVM源码路径src/os/linux /vm/os_linux.cpp里的 os::PlatformEvent::park方法,代码如下:

      void os::PlatformEvent::park() {      

                   int v ;

               for (;;) {

              v = _Event ;

               if (Atomic::cmpxchg (v-1, &_Event, v) == v) break ;

               }

               guarantee (v >= 0, "invariant") ;

               if (v == 0) {

               // Do this the hard way by blocking ...

               int status = pthread_mutex_lock(_mutex);

               assert_status(status == 0, status, "mutex_lock");

               guarantee (_nParked == 0, "invariant") ;

               ++ _nParked ;

               while (_Event < 0) {

               status = pthread_cond_wait(_cond, _mutex);

               // for some reason, under 2.7 lwp_cond_wait() may return ETIME ...

               // Treat this the same as if the wait was interrupted

               if (status == ETIME) { status = EINTR; }

               assert_status(status == 0 || status == EINTR, status, "cond_wait");

               }

               -- _nParked ;

                

               // In theory we could move the ST of 0 into _Event past the unlock(),

               // but then we'd need a MEMBAR after the ST.

               _Event = 0 ;

               status = pthread_mutex_unlock(_mutex);

               assert_status(status == 0, status, "mutex_unlock");

               }

               guarantee (_Event >= 0, "invariant") ;

               }

           }

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