一. LockSupport類介紹

前面分析中，阻塞和喚醒線程都會使用到LockSupport工具來完成相應工作，LockSupport定義了一組公共靜態方法，這些方法提供了最基本的線程阻塞和喚醒公共，而LockSupport也成為構建同步組件的基礎工具。

 

LockSupport定義了一組以park開頭的方法用來阻塞當前線程，以及upark方法用來喚醒線程。這些方法如下所示：

方法名稱	描述
void park()	阻塞當前線程，如果調用unpark(Thread)或者當前線程被中斷，才能從park()方法返回
void parkNanos(long nanos)	阻塞當前線程，最長不超過nanos納秒，返回條件在park()的基礎上增加了超時返回
void parkUntil(long deadline)	阻塞當前線程，直到deadline
void unpark(Thread thread)	喚醒處于阻塞的線程thread

三種形式的 park 還各自支持一個 blocker 對象參數。此對象在線程受阻塞時被記錄，以允許監視工具和診斷工具確定線程受阻塞的原因。（這樣的工具可以使用方法 getBlocker(java.lang.Thread) 訪問 blocker。）建議最好使用這些形式，而不是不帶此參數的原始形式。在鎖實現中提供的作為 blocker 的普通參數是 this。
看下線程dump的結果來理解blocker的作用。

從線程dump結果可以看出：
有blocker的可以傳遞給開發人員更多的現場信息，通過jstack命令可以非常方便的監控具體的阻塞對象，方便定位問題。所以java6新增加帶blocker入參的系列park方法，替代原有的park方法。

 

Unsafe的park和unpark

LockSupport類是Java6(JSR166-JUC)引入的一個類，提供了基本的線程同步原語。LockSupport實際上是調用了Unsafe類里的函數，歸結到Unsafe里，只有兩個函數：

/**
 * 為指定線程提供“許可(permit)”
 */
public native void unpark(Thread jthread);

/**
 * 阻塞指定時間等待“許可”。
 * @param isAbsolute: 時間是絕對的，還是相對的
 * @param time：等待許可的時間
 */
public native void park(boolean isAbsolute, long time);  

上面的這個“許可”是不能疊加的，“許可”是一次性的。

比如線程B連續調用了三次unpark函數，當線程A調用park函數就使用掉這個“許可”，如果線程A再次調用park，則進入等待狀態。

注意，unpark函數可以先于park調用。比如線程B調用unpark函數，給線程A發了一個“許可”，那么當線程A調用park時，它發現已經有“許可”了，那么它會馬上再繼續運行。

可能有些朋友還是不理解“許可”這個概念，我們深入HotSpot的源碼來看看。

每個java線程都有一個Parker實例，Parker類是這樣定義的：

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類實際上用Posix的mutex，condition來實現的。在Parker類里的_counter字段，就是用來記錄所謂的“許可”的。

當調用park時，先嘗試直接能否直接拿到“許可”，即_counter>0時，如果成功，則把_counter設置為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，則構造一個ThreadBlockInVM，然后檢查_counter是不是>0，如果是，則把_counter設置為0，unlock mutex并返回：

ThreadBlockInVM tbivm(jt);  
if (_counter > 0)  { // no wait needed  
  _counter = 0;  
  status = pthread_mutex_unlock(_mutex);  

否則，再判斷等待的時間，然后再調用pthread_cond_wait函數等待，如果等待返回，則把_counter設置為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();  

當unpark時，則簡單多了，直接設置_counter為1，再unlock mutext返回。如果_counter之前的值是0，則還要調用pthread_cond_signal喚醒在park中等待的線程：

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") ;  
  }  
}  

簡而言之，是用mutex和condition保護了一個_counter的變量，當park時，這個變量置為了0，當unpark時，這個變量置為1。

值得注意的是在park函數里，調用pthread_cond_wait時，并沒有用while來判斷，所以posix condition里的"Spurious wakeup"一樣會傳遞到上層Java的代碼里。關于"Spurious wakeup"，可以參考：并行編程之條件變量（posix condition variables）

3、LockSupport源碼分析

解釋完Unsafe的park和unpark的實現原理，我們再來看LockSupport的源碼時就會異常清晰，因為不復雜，所以直接看注釋吧。

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

    private static void setBlocker(Thread t, Object arg) {
        UNSAFE.putObject(t, parkBlockerOffset, arg);
    }
    
    /**
     * 返回提供給最近一次尚未解除阻塞的 park 方法調用的 blocker 對象。
     * 如果該調用不受阻塞，則返回 null。
     * 返回的值只是一個瞬間快照，即由于未解除阻塞或者在不同的 blocker 對象上受阻而具有的線程。
     */
    public static Object getBlocker(Thread t) {
        if (t == null)
            throw new NullPointerException();
        return UNSAFE.getObjectVolatile(t, parkBlockerOffset);
    }
    
    /**
     * 如果給定線程的許可尚不可用，則使其可用。
     * 如果線程在 park 上受阻塞，則它將解除其阻塞狀態。
     * 否則，保證下一次調用 park 不會受阻塞。
     * 如果給定線程尚未啟動，則無法保證此操作有任何效果。 
     * @param thread: 要執行 unpark 操作的線程；該參數為 null 表示此操作沒有任何效果。
     */
    public static void unpark(Thread thread) {
        if (thread != null)
            UNSAFE.unpark(thread);
    }

    /**
     * 為了線程調度，在許可可用之前阻塞當前線程。 
     * 如果許可可用，則使用該許可，并且該調用立即返回；
     * 否則，為線程調度禁用當前線程，并在發生以下三種情況之一以前，使其處于休眠狀態：
     *  1. 其他某個線程將當前線程作為目標調用 unpark
     *  2. 其他某個線程中斷當前線程
     *  3. 該調用不合邏輯地（即毫無理由地）返回
     */
    public static void park() {
        UNSAFE.park(false, 0L);
    }

    /**
     * 和park()方法類似，不過增加了等待的相對時間
     */
    public static void parkNanos(long nanos) {
        if (nanos > 0)
            UNSAFE.park(false, nanos);
    }

    /**
     * 和park()方法類似，不過增加了等待的絕對時間
     */
    public static void parkUntil(long deadline) {
        UNSAFE.park(true, deadline);
    }
    
    /**
     * 和park()方法類似，只不過增加了暫停的同步對象
     * @param blocker 導致此線程暫停的同步對象
     * @since 1.6
     */
    public static void park(Object blocker) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        setBlocker(t, blocker);
        UNSAFE.park(false, 0L);
        setBlocker(t, null);
    }
    
    /**
     * parkNanos(long nanos)方法類似，只不過增加了暫停的同步對象
     * @param blocker 導致此線程暫停的同步對象
     * @since 1.6
     */
    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);
        }
    }
    
    /**
     * parkUntil(long deadline)方法類似，只不過增加了暫停的同步對象
     * @param blocker 導致此線程暫停的同步對象
     * @since 1.6
     */
    public static void parkUntil(Object blocker, long deadline) {
        Thread t = Thread.currentThread();
        setBlocker(t, blocker);
        UNSAFE.park(true, deadline);
        setBlocker(t, null);
    }

    static final int nextSecondarySeed() {
        int r;
        Thread t = Thread.currentThread();
        if ((r = UNSAFE.getInt(t, SECONDARY)) != 0) {
            r ^= r << 13;   // xorshift
            r ^= r >>> 17;
            r ^= r << 5;
        }
        else if ((r = java.util.concurrent.ThreadLocalRandom.current().nextInt()) == 0)
            r = 1; // avoid zero
        UNSAFE.putInt(t, SECONDARY, r);
        return r;
    }

    // Hotspot implementation via intrinsics API
    private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
    private static final long parkBlockerOffset;
    private static final long SEED;
    private static final long PROBE;
    private static final long SECONDARY;
    static {
        try {
            UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
            Class<?> tk = Thread.class;
            parkBlockerOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
                (tk.getDeclaredField("parkBlocker"));
            SEED = UNSAFE.objectFieldOffset
                (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomSeed"));
            PROBE = UNSAFE.objectFieldOffset
                (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomProbe"));
            SECONDARY = UNSAFE.objectFieldOffset
                (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomSecondarySeed"));
        } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
    }
}

4、例子

看完LockSupport的源碼，我們來動手寫幾個例子來驗證一下猜想是否正確。

4.1、先park再unpark

public class LockSupportTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        String a = new String("A");
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("睡覺");
                LockSupport.park(a);
                System.out.println("起床");
            }
        });
        t.setName("A-Name");
        t.start();
        Thread.sleep(300000);
        System.out.println("媽媽喊我起床");
        LockSupport.unpark(t);
    }
}

輸出結果：

睡覺
媽媽喊我起床
起床

不過在等待的過程中，我們可以用jstack查看是否能夠打印出檢測的對象A，找到A-Name這個線程確實看到了等待一個String對象

~ jps
5589 LockSupportTest

~ jstack 5589
"A-Name" #11 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007fc143009800 nid=0xa803 waiting on condition [0x000070000c233000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
        at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
        - parking to wait for  <0x000000076adf4d30> (a java.lang.String)
        at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
        at com.github.locksupport.LockSupportTest$1.run(LockSupportTest.java:18)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

驗證完unpark，接著我們來驗證一下interrupt。

4.2、先interrupt再park

public class LockSupportTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        String a = new String("A");
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("睡覺");
                LockSupport.park(a);
                System.out.println("起床");
                System.out.println("是否中斷：" + Thread.currentThread().isInterrupted());
            }
        });
        t.setName("A-Name");
        t.start();
        t.interrupt();
        System.out.println("突然肚子很疼");
    }
}

可以看到中斷后執行park會直接執行下面的方法，并不會拋出InterruptedException，輸出結果如下：

突然肚子很疼
睡覺
起床
是否中斷：true

4.3、先unpark再park

public class LockSupportTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        String a = new String("A");
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("睡覺");
                LockSupport.park(a);
                System.out.println("7點到，起床");
            }
        });
        t.setName("A-Name");
        t.start();
        LockSupport.unpark(t);
        System.out.println("提前上好鬧鐘7點起床");
    }
}

按照上面說過的，先設置好許可（unpark）再獲取許可的時候不會進行等待，正如我們說的那樣輸出如下：

提前上好鬧鐘7點起床
睡覺
7點到，起床

 

線程一共有六種狀態，而park系列方法線程進入兩種狀態：WAITING等待狀態或TIMED_WAITING等待狀態。這兩種狀態都會使線程阻塞在當前位置。
那么怎么喚醒這兩種狀態的線程呢？

對于WAITING等待狀態有兩種喚醒方式：

1. 調用對應的喚醒方法。這里就是LockSupport的unpark方法。
2. 調用該線程變量的interrupt()方法，會喚醒該線程，并拋出InterruptedException異常。

對于TIMED_WAITING等待狀態來說，它比WAITING狀態多了一種喚醒方式，就是超過規定時間，那么線程會自動醒來。

 

思考一個問題

看完源碼后，是不是覺得LockSupport.park()和unpark()和object.wait()和notify()很相似，那么它們有什么區別呢？

1. 面向的主體不一樣。LockSuport主要是針對Thread進進行阻塞處理，可以指定阻塞隊列的目標對象，每次可以指定具體的線程喚醒。Object.wait()是以對象為緯度，阻塞當前的線程和喚醒單個(隨機)或者所有線程。
2. 實現機制不同。雖然LockSuport可以指定monitor的object對象，但和object.wait()，兩者的阻塞隊列并不交叉。可以看下測試例子。object.notifyAll()不能喚醒LockSupport的阻塞Thread.

 

對很少部分做整理，自己梳理一遍代碼思路更加清晰，膜拜原作者！侵刪！

本文參考：

                                 https://www.jianshu.com/p/4d19684917d2

                                 https://www.jianshu.com/p/1f16b838ccd8