JUC锁: LockSupport详解

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JUC锁: LockSupport详解

0. 面试题

为什么LockSupport也是核心基础类? AQS框架借助于两个类：Unsafe(提供CAS操作)和LockSupport(提供park/unpark操作)
写出分别通过wait/notify和LockSupport的park/unpark实现同步?
LockSupport.park()会释放锁资源吗? 那么Condition.await()呢?
Thread.sleep()、Object.wait()、Condition.await()、LockSupport.park()的区别? 重点
如果在wait()之前执行了notify()会怎样?
如果在park()之前执行了unpark()会怎样?

1. 简介

LockSupport是一个线程阻塞工具类，提供了线程的阻塞和唤醒功能，它是创建锁和其他同步组件的基础工具，内部是使用sun.misc.Unsafe类实现的。

LockSupport和使用它的线程都会关联一个许可

当调用LockSupport.park时，表示当前线程将会等待，直至获得许可，
当调用LockSupport.unpark时，必须把等待获得许可的线程作为参数进行传递，好让此线程继续运行。

2. 方法

主要有两类方法：park和unpark。

public static void park(); // 无期限暂停（阻塞）当前线程，直到unpark方法被调用或当前线程被中断，park方法才会返回。
public static void park(Object blocker); // 暂停（阻塞）当前线程，多了一个阻塞对象blocker参数。
public static void parkNanos(Object blocker, long nanos); // 暂停（阻塞）当前线程，不过有超时时间的限制
public static void parkUntil(Object blocker, long deadline); // 暂停（阻塞）当前线程，直到某个时间
public static void parkNanos(long nanos); // 暂停（阻塞）当前线程，不过有超时时间的限制
public static void parkUntil(long deadline); // 暂停（阻塞）当前线程，直到某个时间
public static void unpark(Thread thread); //  唤醒处于暂停（阻塞）状态的线程
public static Object getBlocker(Thread t);

park英文意思为停车。我们如果把Thread看成一辆车的话，park就是让车停下，unpark就是让车启动然后跑起来。

3. 实例

public class LockSupportDemo {

    public static Object u = new Object();
    static ChangeObjectThread t1 = new ChangeObjectThread("t1");
    static ChangeObjectThread t2 = new ChangeObjectThread("t2");

    public static class ChangeObjectThread extends Thread {
        public ChangeObjectThread(String name) {
            super(name);
        }
        @Override public void run() {
            synchronized (u) {
                System.out.println("in " + getName());
                LockSupport.park();
                if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                    System.out.println("被中断了");
                }
                System.out.println("继续执行");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        t1.start();
        Thread.sleep(1000L);
        t2.start();
        Thread.sleep(3000L);
        t1.interrupt();
        LockSupport.unpark(t2);
        t1.join();
        t2.join();
    }
}

运行的结果如下：

in t1
被中断了
继续执行
in t2
继续执行

这儿park和unpark其实实现了wait和notify的功能，不过还是有一些差别的。

park不需要获取某个对象的锁
因为中断的时候park不会抛出InterruptedException异常，所以需要在park之后自行判断中断状态，然后做额外的处理

4. `park和unpark`的先后顺序不严格

相对于线程的stop和resume，park和unpark的先后顺序并不是那么严格。stop和resume如果顺序反了，会出现死锁现象。而park和unpark却不会。这又是为什么呢？还是看一个例子

public class LockSupportDemo02 {

    public static Object u = new Object();
    static ChangeObjectThread t1 = new ChangeObjectThread("t1");

    public static class ChangeObjectThread extends Thread {

        public ChangeObjectThread(String name) {
            super(name);
        }

        @Override public void run() {
            synchronized (u) {
                System.out.println("in " + getName());
                try {
                    Thread.sleep(1000L);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                LockSupport.park();
                if (Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                    System.out.println("被中断了");
                }
                System.out.println("继续执行");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        t1.start();
        LockSupport.unpark(t1);
        System.out.println("unpark invoked");
    }
}

t1内部有休眠1s的操作，所以unpark肯定先于park的调用，但是t1最终仍然可以完结。这是因为park和unpark会对每个线程维持一个许可（boolean值）

unpark调用时，如果当前线程还未进入park，则许可为true
park调用时，判断许可是否为true，如果是true，则继续往下执行；如果是false，则等待，直到许可为true

4.1 jdk的文档描述

5. 相关问题

5.1 Thread.sleep()和Object.wait()的区别

首先，我们先来看看Thread.sleep()和Object.wait()的区别，这是一个烂大街的题目了，大家应该都能说上来两点。

Thread.sleep()不会释放占有的锁，Object.wait()会释放占有的锁；
Thread.sleep()必须传入时间，Object.wait()可传可不传，不传表示一直阻塞下去；
Thread.sleep()到时间了会自动唤醒，然后继续执行；
Object.wait()不带时间的，需要另一个线程使用Object.notify()唤醒；
Object.wait()带时间的，假如没有被notify，到时间了会自动唤醒，这时又分好两种情况，一是立即获取到了锁，线程自然会继续执行；二是没有立即获取锁，线程进入同步队列等待获取锁；

其实，他们俩最大的区别就是Thread.sleep()不会释放锁资源，Object.wait()会释放锁资源。

5.2 Object.wait()和Condition.await()的区别

Object.wait()和Condition.await()的原理是基本一致的，不同的是Condition.await()底层是调用LockSupport.park()来实现阻塞当前线程的。

实际上，它在阻塞当前线程之前还干了两件事，一是把当前线程添加到条件队列中，二是“完全”释放锁，也就是让state状态变量变为0，然后才是调用LockSupport.park()阻塞当前线程。

5.3 Thread.sleep()和LockSupport.park()的区别

LockSupport.park()还有几个兄弟方法——parkNanos()、parkUtil()等，我们这里说的park()方法统称这一类方法。

从功能上来说，Thread.sleep()和LockSupport.park()方法类似，都是阻塞当前线程的执行，且都不会释放当前线程占有的锁资源；
Thread.sleep()没法从外部唤醒，只能自己醒过来；
LockSupport.park()方法可以被另一个线程调用LockSupport.unpark()方法唤醒；
Thread.sleep()方法声明上抛出了InterruptedException中断异常，所以调用者需要捕获这个异常或者再抛出；
LockSupport.park()方法不需要捕获中断异常；
Thread.sleep()本身就是一个native方法；
LockSupport.park()底层是调用的Unsafe的native方法；

5.4 Object.wait()和LockSupport.park()的区别

二者都会阻塞当前线程的运行，他们有什么区别呢? 经过上面的分析相信你一定很清楚了，真的吗? 往下看！

Object.wait()方法需要在synchronized块中执行；
LockSupport.park()可以在任意地方执行；
Object.wait()方法声明抛出了中断异常，调用者需要捕获或者再抛出；
LockSupport.park()不需要捕获中断异常；
Object.wait()不带超时的，需要另一个线程执行notify()来唤醒，但不一定继续执行后续内容；
LockSupport.park()不带超时的，需要另一个线程执行unpark()来唤醒，一定会继续执行后续内容；

park()/unpark()底层的原理是“二元信号量”，你可以把它相像成只有一个许可证的Semaphore，只不过这个信号量在重复执行unpark()的时候也不会再增加许可证，最多只有一个许可证。

5.5 如果在wait()之前执行了notify()会怎样?

如果当前的线程不是此对象锁的所有者，却调用该对象的notify()或wait()方法时抛出IllegalMonitorStateException异常；

如果当前线程是此对象锁的所有者，wait()将一直阻塞，因为后续将没有其它notify()唤醒它。

5.6 如果在park()之前执行了unpark()会怎样?

线程不会被阻塞，直接跳过park()，继续执行后续内容

5.7 LockSupport.park()会释放锁资源吗?

不会，它只负责阻塞当前线程，释放锁资源实际上是在Condition的await()方法中实现的。

6. 总结

park和unpark可以实现类似wait和notify的功能，但是并不和wait和notify交叉，也就是说unpark不会对wait起作用，notify也不会对park起作用。
park和unpark的使用不会出现死锁的情况
blocker的作用是在dump线程的时候看到阻塞对象的信息

参考文章

LockSupport的用法及原理

JUC锁: LockSupport详解

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