写给小白看的LockSupport

曾经终败给现在 2023-01-12 15:55 155阅读 0赞

# 前言 #

Java并发编程系列第三篇`LockSupport`，上一篇`Synchronized`文章中有提过，不推荐读者们使用`Object`的`wait、notify、notifyAll`等函数做多线程间的通信协同，使用`LockSupport`会是更好的选择，本篇就来谈谈`LockSupport`，也正好为下篇的`A Q S（AbstractQueuedSynchronized）`打基础。

# 内容大纲 #

![76761224368694a0e84ac7245570285a.png][]

# LockSupport基本概念 #

`LockSupport`是线程工具类，主要作用是阻塞和唤醒线程，底层实现依赖`Unsafe`，同时它还是锁和其他同步类实现的基础，`LockSupport`提供两类静态函数分别是`park`和`unpark`，即阻塞与唤醒线程，下面是两段代码示例

**示例-1**

public static void main(String[] agrs) throws InterruptedException {
            Thread th = new Thread(() -> {
                //阻塞当前线程
                LockSupport.park();
                System.out.println("子线程执行---------");
            });
            th.start();
            //睡眠2秒
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println("主线程执行---------");
            //唤醒线程
            LockSupport.unpark(th);
        }
    }
    
    
    输出结果：
    主线程执行---------
    子线程执行---------

上述示例中，子线程`th`调用`LockSupport.park()`阻塞，主线程睡眠`2`秒后，执行`LockSupport.unpark(th)`唤醒`th`线程，先阻塞后唤醒非常好理解，接下来读者们再看下面的示例

**示例-2**

public static void main(String[] agrs) throws InterruptedException {
            Thread th = new Thread(() -> {
                //唤醒当前线程
                LockSupport.unpark(Thread.currentThread());
                //阻塞当前线程
                LockSupport.park();
                System.out.println("子线程执行---------");
            });
            th.start();
            //睡眠2秒
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println("主线程执行---------");
        }
    
    
    
    输出结果：
    子线程执行---------
    主线程执行---------

嗯？先唤醒`th`线程，再阻塞`th`线程，最终`th`线程没有被阻塞，这是为什么？下面`LockSupport`的设计思路会为读者们解开疑惑，并更进一步明确是`park`和`unpark`的语义（**从广义上来说`park`和`unpark`代表阻塞和唤醒**）。

# 设计思路 #

`LockSupport`的设计思路是通过许可证来实现的，就像汽车上高速公路，入口处要获取通行卡，出口处要交出通行卡，如果没有通行卡你就无法出站，当然你可以选择补一张通行卡。

`LockSupport`会为使用它的线程关联一个许可证（`permit`）状态，`permit`的语义「是否拥有许可」，`0`代表否，`1`代表是，默认是`0`。

*  **`LockSupport.unpark`：指定线程关联的`permit`直接更新为`1`，如果更新前的`permit<1`，唤醒指定线程**
 *  **`LockSupport.park`：当前线程关联的`permit`如果`>0`，直接把`permit`更新为`0`，否则阻塞当前线程**

![07e61644ddd35391ce52b311a4de8e38.png][]

*  **线程`A`执行`LockSupport.park`，发现`permit`为`0`，未持有许可证，阻塞线程`A`**
 *  **线程`B`执行`LockSupport.unpark`（入参线程`A`），为`A`线程设置许可证，`permit`更新为`1`，唤醒线程`A`**
 *  **线程`B`流程结束**
 *  **线程`A`被唤醒，发现`permit`为`1`，消费许可证，`permit`更新为`0`**
 *  **线程`A`执行临界区**
 *  **线程`A`流程结束**

经过上面的分析得出结论`unpark`的语义明确为「**使线程持有许可证**」，`park`的语义明确为「**消费线程持有的许可**」，所以`unpark`与`park`的执行顺序没有强制要求，只要控制好使用的线程即可，`unpark=>park`执行流程如下

![da7e1c992d34a4f7afb2b773c3e309fb.png][]

*  **`permit`默认是`0`，线程`A`执行`LockSupport.unpark`，`permit`更新为`1`，线程`A`持有许可证**
 *  **线程`A`执行`LockSupport.park`，此时`permit`是`1`，消费许可证，`permit`更新为`0`**
 *  **执行临界区**
 *  **流程结束**

最后再补充下`park`注意点，因`park`阻塞的线程不仅仅会被`unpark`唤醒，还可能会被线程中断（`Thread.interrupt`）唤醒，而且不会抛出`InterruptedException`异常，所以建议在`park`后自行判断**线程中断状态**，来做对应的业务处理。

# 优点 #

为什么推荐使用`LockSupport`来做线程的阻塞与唤醒（**线程间协同工作**），因为它具备如下优点

*  **以线程为操作对象更符合阻塞线程的直观语义**
 *  **操作更精准，可以准确地唤醒某一个线程（`notify`随机唤醒一个线程，`notifyAll`唤醒所有等待的线程）**
 *  **无需竞争锁对象（以线程作为操作对象），不会因竞争锁对象产生死锁问题**
 *  **`unpark`与`park`没有严格的执行顺序，不会因执行顺序引起死锁问题，比如「`Thread.suspend`和`Thread.resume`」没按照严格顺序执行，就会产生死锁**

另外`LockSupport`还提供了`park`的重载函数，提升灵活性

*  **`void parkNanos(long nanos)`：增加了超时机制**
 *  **`void parkUntil(long deadline)`：加入超时机制（指定到某个时间点，`1970`年到指定时间点的毫秒数）**
 *  **`void park(Object blocker)`：设置`blocker`对象，当线程没有许可证被阻塞时，该对象会被记录到该线程的内部，方便后续使用诊断工具进行问题排查**
 *  **`void parkNanos(Object blocker, long nanos)`：设置`blocker`对象，加入超时机制**
 *  **`void parkUntil(Object blocker, long deadline)`：设置`blocker`对象，加入超时机制（指定到某个时间点，`1970`年到指定时间点的毫秒数）**

建议使用时，传入`blocker`对象，至于超时根据业务场景选择

# 实践 #

使用`LockSupport`来完成一道阿里经典的多线程协同工作面试题。

有`3`个独立的线程，一个只会输出`A`，一个只会输出`B`，一个只会输出`C`，在三个线程启动的情况下，请用合理的方式让他们按顺序打印`ABCABC`。

思路如下

*  准备`3`个线程，分别固定打印`A、B、C`
 *  线程输出完`A、B、C`后需要阻塞等待唤醒
 *  额外准备第`4`个线程，作为另外`3`个线程的调度器，有序的控制`3`个线程执行

是不是很简单，下面通过代码来实践

public static void main(String[] agrs) throws InterruptedException {
    
            LockSupportMain lockSupportMain = new LockSupportMain();
            
            //定义线程t1、t2、t3执行的函数方法
            Consumer<String> consumer = str -> {
                while (true) {
                    //线程消费许可证，并传入blocker，方便后续排查问题
                    LockSupport.park(lockSupportMain);
                    //防止线程是因中断操作唤醒
                    if (Thread.currentThread().isInterrupted()){
                        throw new RuntimeException("线程被中断，异常结束");
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + str);
                }
            };
            
            /**
             * 定义分别输出A、B、C的线程
             */
            Thread t1 = new Thread(() -> {
                consumer.accept("A");
            },"T1");
            Thread t2 = new Thread(() -> {
                consumer.accept("B");
            },"T2");
            Thread t3 = new Thread(() -> {
                consumer.accept("C");
            },"T3");
    
            
            /**
             * 定义调度线程
             */
            Thread dispatch = new Thread(() -> {
                int i=0;
                try {
                    while (true) {
                        if((i%3)==0) {
                            //线程t1设置许可证，并唤醒线程t1
                            LockSupport.unpark(t1);
                        }else if((i%3)==1) {
                            //线程t2设置许可证，并唤醒线程t2
                            LockSupport.unpark(t2);
                        }else {
                            //线程t3设置许可证，并唤醒线程t3
                            LockSupport.unpark(t3);
                        }
                        i++;
                        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
    
            //启动相关线程
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
            dispatch.start();
            
        }
    
    
    输出内容：
    T1:A
    T2:B
    T3:C
    T1:A
    T2:B
    T3:C
    T1:A
    T2:B
    T3:C

最后再留个题目给读者们思考，使用包含但不限于`Synchronized`、`ReentrantLock`来完成这个功能

# 唠叨唠叨 #

`LockSupport`十分简单好用，是作为并发编程的必备基础，阿星觉得是十分有必要掌握的，所以出了这篇文章，后续的计划安排`AbstractQueuedSynchronizer、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock`文章，大概两周内出一篇，因为最近公司业务比较忙，所以周更有点困难，但是阿星会尽力做到周更，如果觉得阿星的文章对您有帮助，也请一键三连支持阿星（**点赞、再看、转发**）

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