AQS阻塞喚醒工具LockSupport

LockSupport在JDK源碼中描述爲：構建鎖和其餘同步類的基本線程阻塞原語，構建更高級別的同步工具集。LockSupport提供的park/unpark從線程的粒度上進行阻塞和喚醒，park/unpark模型真正解耦了線程之間的同步，線程之間再也不須要一個Object或者其它變量來存儲狀態。

本文從阻塞喚醒的語義入手，解釋LockSupport的內在機制和注意點，最後與Object的wait和notify作對比，包括如下內容：

• 阻塞和喚醒的語義
• 許可機制
• 底層實現
• 用法
• 與Object的wait和notify區別

阻塞的語義

阻塞是線程在知足某種條件以前暫時中止運行，而被動釋放出CPU資源。進入該狀態的線程不會主動進入線程隊列等待CPU資源，而須要等待知足條件後被喚醒，才能讓該線程從新進入到線程隊列中排隊等待CPU資源。通常形成線程阻塞的緣由有：等待獲取一個已經被其餘線程持有的排他鎖、等待某一操做結束、等待某一個時間段。線程阻塞後會被掛起，此時會處於BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING。線程阻塞後會讓出CPU資源，這是爲避免在自旋上浪費過多的CPU資源，是忙等待（busy wait）的一種優化。

許可機制

LockSupport經過「許可」（permit）機制，使用park/unpark實現線程的阻塞和喚醒。許但是指容許線程繼續執行，是線程執行的開關，當開關關閉時，線程會阻塞，當開關打開時，線程會當即執行。

park意指線程在獲取許可以前會暫停執行（阻塞在獲取許可）。這裏的「許可」與線程相關聯，相似二元信號量，不可疊加且一個線程只能有一個。有些文章描述「許可」是一次性的，例如當線程A調用park消耗掉一個「許可」（最多隻有一個「許可」），在未調用unpark釋放出線程A的該「許可」以前，線程A再次調用park時會阻塞在獲取「許可」。下文引自Understanding JVM Thread States

there can be only one permit per thread, when thread consumes the permit, it disappears.

出於線程調度的目的，調用park時會阻塞直到許可可用時。若是許可可用，調用park就會當即返回。當前線程就會阻塞，直到調用 unpark 方法，釋放出許可。因爲許但是默認被佔用的，當前線程在啓動後調用 park 的話就獲取不到許可，所以就進入阻塞狀態。

底層實現

LockSupport是使用Unsafe的park實現的，HotSpot Parker用condition和mutex維護了一個_counter變量，park時，變量_counter置爲0，unpark時，變量_counter置爲1。park操做檢查該值是否爲1，爲1直接返回；不爲1，則阻塞。

用法

看到一個關於park/unpark通俗易懂的的例子，代碼以下：

 1 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 2 　　Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
 3 　　　　@Override
 4 　　　　public void run() {
 5 　　　　　　System.out.println("週末了我在打遊戲");
 6 　　　　　　LockSupport.park();
 7 　　　　　　System.out.println("陪女友逛逛街");
 8 　　　　}
 9 　　});
10 　　threadA.start();
11 　　Thread.sleep(3000);
12 　　System.out.println("女友準備要喊男友逛街");
13 　　LockSupport.unpark(threadA);
14 }

在第6行park執行操做時，線程嘗試獲取許可，因爲線程threadA在啓動後默認已經獲取了許可，park必須等待許可釋放後才能夠執行。當主線程調用unpark方法釋放threadA的許可，threadA才能夠繼續執行第7行。 

與wait和notify區別

park/unpark與wati/notify都提供阻塞喚醒的功能，用作線程間同步，不過二者 的粒度不一樣，park/unpark做用在線程上，而wait/notify做用在對象上，兩者沒有交集。Object的wait/notify使用前必須獲取對象的監視器，而park/unpark不須要。

寫做不易，痛並快樂着；理解可能存在誤差，句句斟酌推敲；抵制抄襲，踐行原創技術之路。若是本文能對您有所幫助，實爲榮幸，我是葛一凡。

原文
微信公衆號

參考

1. Java的LockSupport.park()實現分析
2. java線程阻塞中斷和LockSupport的常見問題
3. 多線程之Java線程阻塞與喚醒
4. Understanding JVM Thread States
5. java併發包系列—LockSupport
6. Java併發包源碼學習之AQS框架（三）LockSupport和interrupt