JUC在深入面试题——三种方式实现线程等待和唤醒（wait/notify，await/signal，LockSupport的park/unpark）

清疚 2023-10-02 18:02 8阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*   *  一、前言
     *  二、wait/notify的使用
     *   *  1. 代码演示
         *  2. 执行结果
         *  3. 测试不在代码块执行（\`把上面代码注释1给删除\`）
         *  4. 修改代码
         *  5. 总结
     *  三、await/signal的使用
     *   *  1. 代码演示
         *  2. 执行结果
         *  3. 测试不在代码块执行（\`把上面代码注释1给删除\`）
         *  4. 修改代码
         *  5. 总结
     *  四、LockSupport的park/unpark的使用
     *   *  1. LockSupport介绍
         *  2. park源码查看
         *  3. unpark源码查看
         *  4. 代码演示
         *  5. 结果展示
         *  6. 修改代码
         *  7. 与前两者比的优点
         *  8.总结
         *  9.白话文理解
     *  五、面试题
     *  六、总结

### 一、前言 ###

在多线程的场景下，我们会经常使用加锁，来保证线程安全。如果锁用的不好，就会陷入死锁，我们以前可以使用`Object`的`wait/notify`来解决死锁问题。也可以使用`Condition`的`await/signal`来解决，当然最优还是`LockSupport`的`park/unpark`。他们都是解决线程等待和唤醒的。下面来说说具体的优缺点和例子证明一下。

### 二、wait/notify的使用 ###

#### 1. 代码演示 ####

public class JUC {
        
    
        static Object lock = new Object();
    
        public static void main(String[] args) {
        
            new Thread(()->{
        
                synchronized (lock) {
        // 1
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进来");
                    try {
        
                        // 释放锁，陷入阻塞，直到有人唤醒
                        lock.wait();
                    } catch (Exception e) {
        
                        e.printStackTrace();
                    }
                }// 1
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "我被唤醒了");
            }, "A").start();
    
            new Thread(()->{
        
                synchronized (lock) {
        // 2
                    lock.notify();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "随机唤醒一个线程");
                }// 2
            }, "B").start();
        }
    }

#### 2. 执行结果 ####

![在这里插入图片描述][436be64655f4460d9f3591bc7a8389d2.png]

#### 3. 测试不在代码块执行（`把上面代码注释1给删除`） ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5o6J5Y-R55qE5bCP546L_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

#### 4. 修改代码 ####

try {
        
        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
    } catch (InterruptedException e) {
        
        e.printStackTrace();
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5o6J5Y-R55qE5bCP546L_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]

#### 5. 总结 ####

wait和notify方法必须要在`同步块或者方法`里面且`成对出现使用`，否则会抛出`java.lang.IllegalMonitorStateException`。

调用顺序要先wait后notify才可以正常阻塞和唤醒。

### 三、await/signal的使用 ###

#### 1. 代码演示 ####

public class JUC {
        
    
        static ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
        static Condition condition = reentrantLock.newCondition();
    
        public static void main(String[] args) {
        
            new Thread(()->{
        
                reentrantLock.lock();// 1
                try {
        
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"进来");
                    condition.await();
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                } finally {
        
                    reentrantLock.unlock();// 1
                }
    
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"我被唤醒了");
            },"A").start();
    
            new Thread(()->{
        
                reentrantLock.lock();// 1
                try {
        
                    condition.signal();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"随机唤醒一个线程");
                }finally {
        
                    reentrantLock.unlock();// 1
                }
            },"B").start();
    
        }
    }

#### 2. 执行结果 ####

![在这里插入图片描述][76ca7b43085340a59c434f39cfc651dd.png]

#### 3. 测试不在代码块执行（`把上面代码注释1给删除`） ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5o6J5Y-R55qE5bCP546L_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]

#### 4. 修改代码 ####

try {
        
        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
    } catch (InterruptedException e) {
        
        e.printStackTrace();
    }

#### 5. 总结 ####

await和signal方法必须要在`同步块或者方法`里面且`成对出现使用`，否则会抛出`java.lang.IllegalMonitorStateException`。

调用顺序要先await后signal才可以正常阻塞和唤醒。——`和wait/notify一致`。

### 四、LockSupport的park/unpark的使用 ###

#### 1. LockSupport介绍 ####

LockSupport是用来`创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语`。

LockSupport类使用了一种名为Permit（许可）的概念来做到`阻塞和唤醒线程`的功能，每个线程都有一个`许可（permit）`，permit只有两个值`1和0`，默认是0。

可以把许可看成是一种(0、1)信号量（Semaphore），但与Semaphore不同的是，`许可的累加上限是1`。

#### 2. park源码查看 ####

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

作用：park()/park(Object blocker) - `阻塞当前线程阻塞传入的具体线程`

我们会发现底层是调用`sun.misc.Unsafe`：这个类的提供了一些绕开JVM的更底层功能，基于它的实现可以提高效率。

`permit默认是0`，所以一开始调用park()方法，当前线程就会阻塞，直到别的线程将当前线程的`permit设置为1时`，**park方法会被唤醒，然后会将permit再次设置为0并返回。**

#### 3. unpark源码查看 ####

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

作用：unpark(Thread thread) - `唤醒处于阻塞状态的指定线程`  
我们会发现底层都是调用`sun.misc.Unsafe`。  
调用unpark(thread)方法后，就会将thread线程的许可`permit设置成1`（**注意多次调用unpark方法，不会累加，pemit值还是1**）会自动唤醒thead线程，即之前阻塞中的LockSupport.park()方法会立即返回。

#### 4. 代码演示 ####

public class JUC {
        
    
        public static void main(String[] args) {
        
    
            Thread a = new Thread(()->{
        
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进来");
                LockSupport.park();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被换醒了");
            }, "A");
            a.start();
    
            Thread b = new Thread(()->{
        
                try {
        
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
                LockSupport.unpark(a);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"唤醒传入的线程");
            }, "B");
            b.start();
    
        }
    }

#### 5. 结果展示 ####

![在这里插入图片描述][1a24159bb9524abe8ca0ab7b2246e238.png]

#### 6. 修改代码 ####

try {
        
    	TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
    } catch (InterruptedException e) {
        
    	e.printStackTrace();
    }
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进来" + System.currentTimeMillis());
    LockSupport.park();
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被换醒了" + System.currentTimeMillis());

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5o6J5Y-R55qE5bCP546L_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]

#### 7. 与前两者比的优点 ####

park/unpark`不需要在同步块或者方法内`才能执行，解决了上面两种不在同步块或者方法就报错的情况。

park/unpark不需要先执行park，在执行unpark，`无需在意顺序`。解决了上面两种必须有前后顺序的情况。

#### 8.总结 ####

LockSupport是用来`创建锁和共他同步类的基本线程阻塞原语`。

LockSuport是一个`线程阻塞工具类`，所有的方法都是`静态方法`，可以让线程在`任意位置阻塞`，阻寨之后也有`对应的唤醒方法`。归根结底，LockSupport调用的`Unsafe中的native`代码(C++)。

public native void park(boolean var1, long var2);

**LockSupport提供park()和unpark()方法实现阻塞线程和解除线程阻塞的过程。**

LockSupport和每个使用它的线程都有一个许可(permit)关联。permit相当于1，0的开关，默认是0，调用一次unpark就加1变成1，调用一次park会消费permit，也就是将1变成0，同时park立即返回。

如`再次调用park会变成阻塞`(因为permit为零了会阻塞在这里，一直到permit变为1)，这时调用unpark会把permit置为1。每个线程都有一个相关的permit，`permit最多只有一个`，`重复调用unpark也不会积累凭证`。

![在这里插入图片描述][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5o6J5Y-R55qE5bCP546L_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]  
**阻塞原因**：根据上面代码，我们会先执行`线程B`，调用unpark方法，虽然进行`两次unpark`。但是`只有一个有效`，此时`permit为1`。此时`A线程开始`，来到第一个park，`permit消耗后为0`，为`0是阻塞`，`等待unpark`，此时`没有unpark`了，所以一直`陷入阻塞`。

#### 9.白话文理解 ####

> 线程阻塞需要消耗凭证(permit)，这个凭证最多只有1个。  
> 当调用park方法时  
> 如果有凭证，则会直接消耗掉这个凭证然后正常退出。  
> 如果无凭证，就必须阻塞等待凭证可用。  
> 而unpark则相反，它会增加一个凭证，但凭证最多只能有1个，累加无放。

### 五、面试题 ###

为什么可以先唤醒线程后阻塞线程？

**因为unpark获得了一个凭证，之后再调用park方法，此时permit为1，就可以名正言顺的凭证消费，permit为0，故不会阻塞。**

为什么唤醒两次后阻塞两次，但最终结果还会阻塞线程？

**因为凭证的数量最多为1（不能累加），连续调用两次 unpark和调用一次 unpark效果一样，只会增加一个凭证；而调用两次park却需要消费两个凭证，证不够，不能放行。**

### 六、总结 ###

看到这里的小伙伴，点个赞不过分吧，小编也是整理了一下午，参考阳哥课件。

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