Java并发包源码学习之AQS框架（三）LockSupport和interrupt

接着上一篇文章今天我们来介绍下LockSupport和Java中线程的中断（interrupt）。

其实除了LockSupport，Java之初就有Object对象的wait和notify方法可以实现线程的阻塞和唤醒。那么它们的区别 是什么呢？

主要的区别应该说是它们面向的对象不同。阻塞和唤醒是对于线程来说的，LockSupport的park/unpark更符合这个语义，以“线程”作为方法的参数， 语义更清晰，使用起来也更方便。而wait/notify的实现使得“线程”的阻塞/唤醒对线程本身来说是被动的，要准确的控制哪个线程、什么时候阻塞/唤醒很困难， 要不随机唤醒一个线程（notify）要不唤醒所有的（notifyAll）。

wait/notify最典型的例子应该就是生产者/消费者了：

class BoundedBuffer1 {
    private int contents;

    final Object[] items = new Object[100];
    int putptr, takeptr, count;

    public synchronized void put(Object x) {
        while (count == items.length) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }

        items[putptr] = x;
        if (++putptr == items.length)
            putptr = 0;
        ++count;
        notifyAll();
    }

    public synchronized Object take() {
        while (count == 0) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }
        Object x = items[takeptr];
        if (++takeptr == items.length)
            takeptr = 0;
        --count;
        notifyAll();
        return x;
    }

    public static class Producer implements Runnable {

        private BoundedBuffer1 q;

        Producer(BoundedBuffer1 q) {
            this.q = q;
            new Thread(this, "Producer").start();
        }

        int i = 0;

        public void run() {
            int i = 0;
            while (true) {
                q.put(i++);
            }
        }
    }

    public static class Consumer implements Runnable {

        private BoundedBuffer1 q;

        Consumer(BoundedBuffer1 q) {
            this.q = q;
            new Thread(this, "Consumer").start();
        }

        public void run() {
            while (true) {
                System.out.println(q.take());
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final BoundedBuffer1 buffer = new BoundedBuffer1();
        new Thread(new Producer(buffer)).start();
        new Thread(new Consumer(buffer)).start();
    }
}

上面的例子中有一点需要知道，在调用对象的wait之前当前线程必须先获得该对象的监视器（synchronized），被唤醒之后需要重新获取到监视器才能继续执行。

//wait会先释放当前线程拥有的监视器
obj.wait();
//会re-acquire监视器

而LockSupport并不需要获取对象的监视器。LockSupport机制是每次unpark给线程1个“许可”——最多只能是1，而park则相反，如果当前 线程有许可，那么park方法会消耗1个并返回，否则会阻塞线程直到线程重新获得许可，在线程启动之前调用park/unpark方法没有任何效果。

// 1次unpark给线程1个许可
LockSupport.unpark(Thread.currentThread());
// 如果线程非阻塞重复调用没有任何效果
LockSupport.unpark(Thread.currentThread());
// 消耗1个许可
LockSupport.park(Thread.currentThread());
// 阻塞
LockSupport.park(Thread.currentThread());

因为它们本身的实现机制不一样，所以它们之间没有交集，也就是说LockSupport阻塞的线程，notify/notifyAll没法唤醒。

实际上现在很少能看到直接用wait/notify的代码了，即使生产者/消费者也基本都会用Lock和Condition来实现，我会在后面《Java并发包源码学习之AQS框架（五）ConditionObject源码分析》 文章中再回头看这个例子。

总结下LockSupport的park/unpark和Object的wait/notify：

• 面向的对象不同；
• 跟Object的wait/notify不同LockSupport的park/unpark不需要获取对象的监视器；
• 实现的机制不同，因此两者没有交集。

虽然两者用法不同，但是有一点，LockSupport的park和Object的wait一样也能响应中断。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    final Thread t = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            LockSupport.park();
            System.out.println("thread " + Thread.currentThread().getId() + " awake!");
        }
    });

    t.start();
    Thread.sleep(3000);

    // 2. 中断
    t.interrupt();
}

thread 9 awake!

在我之前的一篇博客“如何正确停止一个线程”有介绍过Thread.interrupt()

Thread.interrupt()方法不会中断一个正在运行的线程。这一方法实际上完成的是，在线程受到阻塞时抛出一个中断信号，这样线程就得以退出阻塞的状态。更确切的说，如果线程被Object.wait, Thread.join和Thread.sleep三种方法之一阻塞，那么，它将接收到一个中断异常（InterruptedException），从而提早地终结被阻塞状态。

LockSupport.park()也能响应中断信号，但是跟Thread.sleep()不同的是它不会抛出InterruptedException， 那怎么知道线程是被unpark还是被中断的呢，这就依赖线程的interrupted status，如果线程是被中断退出阻塞的那么该值被设置为true， 通过Thread的interrupted和isInterrupted方法都能获取该值，两个方法的区别是interrupted获取后会Clear，也就是将interrupted status重新置为false。

AQS和Java线程池中都大量用到了中断，主要的作用是唤醒线程、取消任务和清理（如ThreadPoolExecutor的shutdown方法），AQS中的acquire方法也有中断和不可中断两种。 其中对于InterruptedException如何处理最重要的一个原则就是Don't swallow interrupts，一般两种方法：

• 继续设置interrupted status
• 抛出新的InterruptedException

try {
    ………
} catch (InterruptedException e) {
    // Restore the interrupted status
    Thread.currentThread().interrupt();
    // or thow a new
    //throw new InterruptedException();
}

AQS的acquire就用到了第一种方法。

关于InterruptedException处理的最佳实践可以看IBM的这篇文章。

最后按照惯例做下引申。上面BoundedBuffer1类的put和take方法中的wait为什么要放在一个while循环里呢？ 你如果去看Object.wait()方法的Javadoc的话会发现官方也是建议下面这样的用法：

synchronized (obj) {
    while (<condition does not hold>)
        ……
        obj.wait();
    ……
}

StackOverflow上有一个问题里一个叫xagyg的回答解释的比较清楚，有兴趣的可以看下。 简单来说因为：

wait前会释放监视器，被唤醒后又要重新获取，这瞬间可能有其他线程刚好先获取到了监视器，从而导致状态发生了变化， 这时候用while循环来再判断一下条件（比如队列是否为空）来避免不必要或有问题的操作。 这种机制还可以用来处理伪唤醒（spurious wakeup），所谓伪唤醒就是no reason wakeup，对于LockSupport.park()来说就是除了unpark和interrupt之外的原因。

LockSupport也会有同样的问题，所以看AQS的源码会发现很多地方都有这种re-check的思路，我们下一篇文就来看下AbstractQueuedSynchronizer类的源码。