☕️【Java 技术之旅】从底层分析 LockSupport 原理机制
从底层分析 LockSupport 原理机制
知识点
LockSupport 的介绍
LockSupport 类是 Java6(JSR166-JUC)引入的一个类,提供了基本的线程同步原语。LockSupport 实际上是调用了 Unsafe 类里的函数,归结到 Unsafe 里,只有两个函数,而仅仅两个简单的接口,就为上层提供了强大的同步原语,先来解析下两个函数是做什么的。
park:阻塞当前线程(Block current thread),字面理解 park,就算占住,停车的时候不就把这个车位给占住了么?起这个名字还是很形象的。
isAbsolute 参数是指明时间是否属于绝对。
time 参数是指时间值
线程调用 park 函数则等待"许可"。
unpark: 使给定的线程停止阻塞(Unblock the given thread blocked)。
thread 参数是指对相应的线程进行解除阻塞。
线程调用 unpark 函数为线程提供"许可(permit)"。
这个有点像信号量,但是这个"许可"是不能叠加的,"许可"是一次性的。
比如,线程 B 连续调用了三次 unpark 函数,当线程 A 调用 park 函数就使用掉这个"许可",如果线程 A 再次调用 park,则进入等待状态。
注意,unpark 函数可以先于 park 调用。比如线程 B 调用 unpark 函数,给线程 A 发了一个"许可",那么当线程 A 调用 park 时,它发现已经有"许可"了,那么它会马上再继续运行。(此部分比 wait/notify(notifyAll))要好很多。
park 和 unpark 的灵活之处
unpark 函数可以先于 park 调用,这个正是它们的灵活之处。
一个线程它有可能在别的线程 unPark 之前,或者之后,或者同时调用了 park,那么因为 park 的特性,它可以不用担心自己的 park 的时序问题,否则,如果 park 必须要在 unpark 之前。
考虑一下,两个线程同步,要如何处理?
在 Java5 里是用 wait/notify/notifyAll 来同步的。wait/notify 机制有个很蛋疼的地方是,比如线程 B 要用 notify 通知线程 A,那么线程 B 要确保线程 A 已经在 wait 调用上等待了,否则线程 A 可能永远都在等待。
另外,是调用 notify,还是 notifyAll?
notify 只会唤醒一个线程,如果错误地有两个线程在同一个对象上 wait 等待,那么又悲剧了。为了安全起见,貌似只能调用 notifyAll 了。
park/unpark 模型真正解耦了线程之间的同步,线程之间不再需要一个 Object 或者其它变量来存储状态,不再需要关心对方的状态。
拓展延伸
HotSpot 里 park/unpark 的实现,每个 java 线程都有一个 Parker 实例,Parker 类是这样定义的:
可以看到 Parker 类实际上用 Posix 的 mutex,condition 来实现的。
在 Parker 类里的_counter 字段,就是用来记录所谓的“许可”的。
当调用 park 时,先尝试直接能否直接拿到"许可",即_counter>0 时,如果成功,则把_counter 设置为 0,并返回:(和信号量的思路很像!)
如果不成功,则构造一个 ThreadBlockInVM,然后检查_counter 是不是>0,如果是,则把_counter 设置为 0,unlock mutex 并返回:
否则,再判断等待的时间,然后再调用 pthread_cond_wait 函数等待,如果等待返回,则把_counter 设置为 0,unlock mutex 并返回:
当 unpark 时,则简单多了,直接设置_counter 为 1,再 unlock mutext 返回。如果_counter 之前的值是 0,则还要调用 pthread_cond_signal 唤醒在 park 中等待的线程:
用 mutex 和 condition 保护了一个_counter 的变量,当 park 时,这个变量置为了 0,当 unpark 时,这个变量置为 1。
值得注意的是在 park 函数里,调用 pthread_cond_wait 时,并没有用 while 来判断,所以 posix condition 里的"Spurious wakeup"一样会传递到上层 Java 的代码里。
这也就是为什么 Java dos 里提到,当下面三种情况下 park 函数会返回:
相关的实现代码在:
其它的一些东东:Parker 类在分配内存时,使用了一个技巧,重载了 new 函数来实现了 cache line 对齐。
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【李浩宇/Alex】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/610a1a56ad372645e1c5036dc】。文章转载请联系作者。
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