LockSupport详解

concurrent包是基于AQS (AbstractQueuedSynchronizer)框架的，AQS框架借助于两个类：

• Unsafe（提供CAS操作）
• LockSupport（提供park/unpark操作）

因此，LockSupport非常重要。

两个重点

（1）操作对象

归根结底，LockSupport.park()和LockSupport.unpark(Thread thread)调用的是Unsafe中的native代码：

//LockSupport中
public static void park() {
        UNSAFE.park(false, 0L);
    }

//LockSupport中
public static void unpark(Thread thread) {
        if (thread != null)
            UNSAFE.unpark(thread);
    }

Unsafe类中的对应方法：

    //park
    public native void park(boolean isAbsolute, long time);

    //unpack
    public native void unpark(Object var1);

park函数是将当前调用Thread阻塞，而unpark函数则是将指定线程Thread唤醒。

与Object类的wait/notify机制相比，park/unpark有两个优点：

• 以thread为操作对象更符合阻塞线程的直观定义
• 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），增加了灵活性。

（2）关于“许可”

在上面的文字中，我使用了阻塞和唤醒，是为了和wait/notify做对比。

• 其实park/unpark的设计原理核心是“许可”：park是等待一个许可，unpark是为某线程提供一个许可。
  如果某线程A调用park，那么除非另外一个线程调用unpark(A)给A一个许可，否则线程A将阻塞在park操作上。

• 有一点比较难理解的，是unpark操作可以再park操作之前。
  也就是说，先提供许可。当某线程调用park时，已经有许可了，它就消费这个许可，然后可以继续运行。这其实是必须的。考虑最简单的生产者(Producer)消费者(Consumer)模型：Consumer需要消费一个资源，于是调用park操作等待；Producer则生产资源，然后调用unpark给予Consumer使用的许可。非常有可能的一种情况是，Producer先生产，这时候Consumer可能还没有构造好（比如线程还没启动，或者还没切换到该线程）。那么等Consumer准备好要消费时，显然这时候资源已经生产好了，可以直接用，那么park操作当然可以直接运行下去。如果没有这个语义，那将非常难以操作。

• 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。

Unsafe.park和Unsafe.unpark的底层实现原理

在Linux系统下，是用的Posix线程库pthread中的mutex（互斥量），condition（条件变量）来实现的。
mutex和condition保护了一个_counter的变量，当park时，这个变量被设置为0，当unpark时，这个变量被设置为1。

源码：
每个Java线程都有一个Parker实例，Parker类是这样定义的：

class Parker : public os::PlatformParker {
private:
  volatile int _counter ;
  ...
public:
  void park(bool isAbsolute, jlong time);
  void unpark();
  ...
}
class PlatformParker : public CHeapObj<mtInternal> {
  protected:
    pthread_mutex_t _mutex [1] ;
    pthread_cond_t  _cond  [1] ;
    ...
}

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“许可”的。

• park 过程

当调用park时，先尝试能否直接拿到“许可”，即_counter>0时，如果成功，则把_counter设置为0，并返回：

void Parker::park(bool isAbsolute, jlong time) {  

  // Ideally we'd do something useful while spinning, such
  // as calling unpackTime().  

  // Optional fast-path check:
  // Return immediately if a permit is available.
  // We depend on Atomic::xchg() having full barrier semantics
  // since we are doing a lock-free update to _counter.  

  if (Atomic::xchg(0, &_counter) > 0) return;

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：

ThreadBlockInVM tbivm(jt);
if (_counter > 0)  { // no wait needed
  _counter = 0;
  status = pthread_mutex_unlock(_mutex);

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：

if (time == 0) {
  status = pthread_cond_wait (_cond, _mutex) ;
}
_counter = 0 ;
status = pthread_mutex_unlock(_mutex) ;
assert_status(status == 0, status, "invariant") ;
OrderAccess::fence();

• unpark 过程

当unpark时，则简单多了，直接设置_counter为1，再unlock mutex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：

void Parker::unpark() {
  int s, status ;
  status = pthread_mutex_lock(_mutex);
  assert (status == 0, "invariant") ;
  s = _counter;
  _counter = 1;
  if (s < 1) {
     if (WorkAroundNPTLTimedWaitHang) {
        status = pthread_cond_signal (_cond) ;
        assert (status == 0, "invariant") ;
        status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
        assert (status == 0, "invariant") ;
     } else {
        status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
        assert (status == 0, "invariant") ;
        status = pthread_cond_signal (_cond) ;
        assert (status == 0, "invariant") ;
     }
  } else {
    pthread_mutex_unlock(_mutex);
    assert (status == 0, "invariant") ;
  }
}   

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