JUC核心篇(三)：LockSupport与线程阻塞

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开胃菜：你知道为什么使用Lock加锁解锁的时候需要手动释放锁吗？

这是因为LockSupport的park底层是通过Unsafe的park来阻塞当前线程，调用UnSafe的park之前，还得先调用setBlocker给当前线程设置blocker值，之后在调用UnSafe的park阻塞线程，所以说AQS底层可以通过Unsafe+LockSupport实现的CAS安全机制，所以说，基于Unsafe+LockSupport的都需要手动去释放锁，实际上就是为了手动去执行setBlocker。所以才会有，Lock在基于LockSupport+Unsafe实现锁机制的时候，需要手动释放锁的原因是底层使用的是LockSupport的setBlocker来标记线程的，手动释放需要手动去除标记。

LockSupport简介

LockSupport用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。简而言之，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。

LockSupport源码分析

说明: UNSAFE字段表示sun.misc.Unsafe类，查看其源码，点击在这里，一般程序中不允许直接调用，而long型的表示实例对象相应字段在内存中的偏移地址，可以通过该偏移地址获取或者设置该字段的值。

类的构造函数

核心函数分析

在分析LockSupport函数之前，先引入sun.misc.Unsafe类中的park和unpark函数，因为LockSupport的核心函数都是基于Unsafe类中定义的park和unpark函数，下面给出两个函数的定义:

说明: 对两个函数的说明如下:

park函数，阻塞线程，并且该线程在下列情况发生之前都会被阻塞: ① 调用unpark函数，释放该线程的许可。② 该线程被中断。③ 设置的时间到了。并且，当time为绝对时间时，isAbsolute为true，否则，isAbsolute为false。当time为0时，表示无限等待，直到unpark发生。

unpark函数，释放线程的许可，即激活调用park后阻塞的线程。这个函数不是安全的，调用这个函数时要确保线程依旧存活

park函数

park函数有两个重载版本，方法摘要如下

说明: 两个函数的区别在于park()函数没有没有blocker，即没有设置线程的parkBlocker字段。park(Object)型函数如下。

说明: 调用park函数时，首先获取当前线程，然后设置当前线程的parkBlocker字段，即调用setBlocker函数，之后调用Unsafe类的park函数，之后再调用setBlocker函数。那么问题来了，为什么要在此park函数中要调用两次setBlocker函数呢? 原因其实很简单，调用park函数时，当前线程首先设置好parkBlocker字段，然后再调用Unsafe的park函数，此后，当前线程就已经阻塞了，等待该线程的unpark函数被调用，所以后面的一个setBlocker函数无法运行，unpark函数被调用，该线程获得许可后，就可以继续运行了，也就运行第二个setBlocker，把该线程的parkBlocker字段设置为null，这样就完成了整个park函数的逻辑。如果没有第二个setBlocker，那么之后没有调用park(Object blocker)，而直接调用getBlocker函数，得到的还是前一个park(Object blocker)设置的blocker，显然是不符合逻辑的。总之，必须要保证在park(Object blocker)整个函数执行完后，该线程的parkBlocker字段又恢复为null。所以，park(Object)型函数里必须要调用setBlocker函数两次。setBlocker方法如下。

说明: 此方法用于设置线程t的parkBlocker字段的值为arg。

另外一个无参重载版本，park()函数如下。

说明: 调用了park函数后，会禁用当前线程，除非许可可用。在以下三种情况之一发生之前，当前线程都将处于休眠状态，即下列情况发生时，当前线程会获取许可，可以继续运行。

其他某个线程将当前线程作为目标调用 unpark。

其他某个线程中断当前线程。

该调用不合逻辑地(即毫无理由地)返回。

parkNanos函数

此函数表示在许可可用前禁用当前线程，并最多等待指定的等待时间。具体函数如下。

说明: 该函数也是调用了两次setBlocker函数，nanos参数表示相对时间，表示等待多长时间。

parkUntil函数

此函数表示在指定的时限前禁用当前线程，除非许可可用, 具体函数如下:

说明: 该函数也调用了两次setBlocker函数，deadline参数表示绝对时间，表示指定的时间。

unpark函数

此函数表示如果给定线程的许可尚不可用，则使其可用。如果线程在 park 上受阻塞，则它将解除其阻塞状态。否则，保证下一次调用 park 不会受阻塞。如果给定线程尚未启动，则无法保证此操作有任何效果。具体函数如下:

说明: 释放许可，指定线程可以继续运行。

LockSupport示例说明

使用wait/notify实现线程同步

运行结果

说明: 具体的流程图如下

使用wait/notify实现同步时，必须先调用wait，后调用notify，如果先调用notify，再调用wait，将起不了作用。具体代码如下

运行结果:

说明: 由于先调用了notify，再调用的wait，此时主线程还是会一直阻塞。

使用park/unpark实现线程同步

运行结果:

说明: 本程序先执行park，然后在执行unpark，进行同步，并且在unpark的前后都调用了getBlocker，可以看到两次的结果不一样，并且第二次调用的结果为null，这是因为在调用unpark之后，执行了Lock.park(Object blocker)函数中的setBlocker(t, null)函数，所以第二次调用getBlocker时为null。

上例是先调用park，然后调用unpark，现在修改程序，先调用unpark，然后调用park，看能不能正确同步。具体代码如下

运行结果:

说明: 可以看到，在先调用unpark，再调用park时，仍能够正确实现同步，不会造成由wait/notify调用顺序不当所引起的阻塞。因此park/unpark相比wait/notify更加的灵活。

中断响应

看下面示例

运行结果:

说明: 可以看到，在主线程调用park阻塞后，在myThread线程中发出了中断信号，此时主线程会继续运行，也就是说明此时interrupt起到的作用与unpark一样。

更深入的理解

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；这是因为Object.wait()对应的锁是监视器锁，线程的等待和唤醒是基于对象的监视器锁（也称为内置锁）实现的。

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。

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。注意一点，用LockSupport.park()来实现阻塞当前线程，并不代表，调用LockSupport.park()需要去管是否释放锁，他只负责阻塞，Condition.await()会释放锁是在进入阻塞之前释放了锁，而不是调用LockSupport.park()来实现阻塞当前线程的时候释放的锁。

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；

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；如果Object.wait()方法不在synchronized代码块内使用，那么它将无法自动释放锁。这意味着其他线程将无法获取锁对象，也无法访问共享资源。这可能导致死锁或其他线程无法正常执行的问题。

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。

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。

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

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。

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