LockSupport实现原理

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2023-10-03 23:38 2阅读 0赞

文中了解到AQS借助LockSupport.park和LockSupport.unpark完成线程的阻塞和唤醒，那么LockSupport内部又是怎么实现的？这是一个什么类？

LockSupport是用于使用锁阻塞线程的基础实现，是其他同步类的基础，这个类为每个使用它的线程关联一个许可证(有点类似于Semaphore)，如果许可证可用，线程调用park方法时会立即返回，线程正常执行，否则当前线程阻塞，直到有其他线程调用unpark使得许可证可用，此时线程被唤醒，再次尝试获取许可证，其内部定义的park和unpark方法提供了阻塞和解决阻塞的基本实现。

LockSupport常见函数如下表所示：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>函数名称</th> 
   <th>说明</th> 
   <th>备注</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>void park()</td> 
   <td>阻塞当前线程</td> 
   <td>在下列情况发生时唤醒： 1.调用unpark函数，释放该线程的许可； 2.该线程被中断； 3.设置的阻塞超时时间耗尽； 4.到达设置的指定时间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void park(Object blocker)</td> 
   <td>使用指定的blocker对象阻塞当前线程</td> 
   <td>唤醒条件，park中已说明</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void parkNanos(long nanos)</td> 
   <td>阻塞当前线程直到超时时间耗尽，nanos为指定的超时时间</td> 
   <td>唤醒条件，park中已说明</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void parkNanos(Object blocker, long nanos)</td> 
   <td>在超时时间耗尽前，使用指定的blocker对象阻塞当前线程，如果在到达超时时间后，许可仍不可用，则结束阻塞</td> 
   <td>唤醒条件，park中已说明</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void parkUntil(long deadline)</td> 
   <td>在指定时间前，阻塞该线程，如果在到达指定时间后，许可仍不可用，则结束阻塞</td> 
   <td>唤醒条件，park中已说明</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void parkUntil(Object blocker, long deadline)</td> 
   <td>在指定时间前，使用指定的对象阻塞该线程，如果在到达指定时间后，许可仍不可用，则结束阻塞</td> 
   <td>唤醒条件，park中已说明</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void unpark(Thread thread)</td> 
   <td>用于唤醒传入的在阻塞中的线程</td> 
   <td>/</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Object getBlocker(Thread t)</td> 
   <td>获取当前线程的阻塞对象</td> 
   <td>/</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void setBlocker(Thread t, Object arg)</td> 
   <td>使用指定对象为线程设置阻塞对象</td> 
   <td>/</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### LockSupport.park ####

ReentrantLock中调用LockSupport.park代码如下所示：

// AbstractQueuedSynchronizer.java
     private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
         LockSupport.park(this);
         return Thread.interrupted();
     }
    复制代码

在LockSupport中，`void park(Object blocker)`实现代码如下：

// LockSupport.java
     public static void park(Object blocker) {
         Thread t = Thread.currentThread();
         setBlocker(t, blocker);
         UNSAFE.park(false, 0L);
         setBlocker(t, null);
     }
    复制代码

可以看到在park流程中主要包含以下过程：

1.  获取当前线程
2.  将传入的对象设置为该线程的parkBlocker
    
    setBlocker函数实现如下所示：
    
         private static void setBlocker(Thread t, Object arg) {
             // Even though volatile, hotspot doesn't need a write barrier here.
             UNSAFE.putObject(t, parkBlockerOffset, arg);
         }
        复制代码
    
    可以看到这里新出现了UNSAFE和parkBlockerOffset两个标识，这两个是用来干嘛的？我们一起看看其声明的代码：
    
         private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
         private static final long parkBlockerOffset;
        复制代码
    
         static {
             try {
                 UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
                 Class<?> tk = Thread.class;
                 parkBlockerOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
                     (tk.getDeclaredField("parkBlocker"));
                 .....
             } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
         }
        复制代码
    
    可以看到UNSAFE对象是通过Unsafe.getUnsafe()获取的，那么Unsafe这个类到底是干嘛的？
    
    大家都知道Java对象在内存中创建，大多数情况下我们都是通过类的对象去修改和访问内存中的数据的，那么如果需要直接从内存修改某一对象的取值，应该怎么做呢？就是使用Unsafe类，该类只允许在JDK信任的类中调用(当前也可以用反射实例化该类对象)。
    
    在Unsafe类中定义了两个重要函数park和unpark，其中park用于实现线程阻塞，unpark用于实现线程唤醒(Unsafe本质上是操作线程的Parker对象来完成线程阻塞和唤醒的，具体见参考链接，了解即可)，上文中的parkBlockerOffset正是定义了Thread类的parkBlocker属性成员的内存偏移量，使用该值再结合Unsafe对象就可以实现直接操作内存中的parkBlocker值的目的，Thread类中的parkBlocker声明如下：
    
         // Thread.java
         volatile Object parkBlocker;
        复制代码
    
    可以得到这一环节主要是将AQS作为blocker设置到当前线程的parkBlocker成员属性上。
    
    > CAS底层也是通过Unsafe执行的
3.  执行UNSAFE.park
    
    结合上文可知，这步完成后，当前线程阻塞
4.  设置线程的parkBlocker为null
    
    第三步中线程处于阻塞状态，当然就不能执行设置parkBlocker为null的操作了，那么什么时候执行呢？当线程从阻塞状态唤醒时，执行该步骤，使得线程的parkBlocker对象恢复初始状态。

#### LockSupport.unpark ####

LockSupport.unpark代码如下所示：

// LockSupport.java
     public static void unpark(Thread thread) {
         if (thread != null)
             UNSAFE.unpark(thread);
     }
    复制代码

可以看出当传入的线程不为空时，执行Unsafe的park函数唤醒当前线程，取消阻塞，此时继续执行park函数中的setBlocker(null)，将parkBlocker成员设置为null。

作者：小海编码日记  
原文链接：https://juejin.cn/post/7186296167406731321