java.util.concurrent.locks.LockSupport

    xiaoxiao2023-07-21  136

    要学习JAVA中是如何实现线程间的锁,就得从LockSupport这个类先说起,因为这个类实现了底层的一些方法,各种的锁实现都是这个基础上发展而来的。这个类方法很少,但理解起来需要花费一点时间,因为涉及了很多底层的知识,这些都是我们平时不关心的。

    上源代码:

    package java.util.concurrent.locks; import java.util.concurrent.*; import sun.misc.Unsafe; public class LockSupport { private LockSupport() {} // Cannot be instantiated. // Hotspot implementation via intrinsics API private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe(); private static final long parkBlockerOffset; static { try { parkBlockerOffset = unsafe.objectFieldOffset (java.lang.Thread.class.getDeclaredField("parkBlocker")); } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); } } private static void setBlocker(Thread t, Object arg) { // Even though volatile, hotspot doesn't need a write barrier here. unsafe.putObject(t, parkBlockerOffset, arg); } public static void unpark(Thread thread) { if (thread != null) unsafe.unpark(thread); } public static void park(Object blocker) { Thread t = Thread.currentThread(); setBlocker(t, blocker); unsafe.park(false, 0L); setBlocker(t, null); } public static void parkNanos(Object blocker, long nanos) { if (nanos > 0) { Thread t = Thread.currentThread(); setBlocker(t, blocker); unsafe.park(false, nanos); setBlocker(t, null); } } public static void parkUntil(Object blocker, long deadline) { Thread t = Thread.currentThread(); setBlocker(t, blocker); unsafe.park(true, deadline); setBlocker(t, null); } public static Object getBlocker(Thread t) { return unsafe.getObjectVolatile(t, parkBlockerOffset); } public static void park() { unsafe.park(false, 0L); } public static void parkNanos(long nanos) { if (nanos > 0) unsafe.park(false, nanos); } public static void parkUntil(long deadline) { unsafe.park(true, deadline); } }

    这个类提供的都是静态方法,且无法被实例化。

    在LockSupport中有两个私有的成员变量:

    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe(); private static final long parkBlockerOffset;

    大家都知道JAVA语言是平台无关的,一次编译,可以在任何平台上运行,但是如果真的不可以调用一些平台相关的方法吗?其实unsafe类是可以做到的。

    unsafe:是JDK内部用的工具类。它通过暴露一些Java意义上说“不安全”的功能给Java层代码,来让JDK能够更多的使用Java代码来实现一些原本是平台相关的、需要使用native语言(例如C或C++)才可以实现的功能。该类不应该在JDK核心类库之外使用。

    parkBlokcerOffset:parkBlocker的偏移量,从字面上理解是这么个东东。但是parkBlocker又是干嘛的?偏移量又是做什么的呢?让我们来看看Thread类的实现:

    //java.lang.Thread的源码 /** * The argument supplied to the current call to * java.util.concurrent.locks.LockSupport.park. * Set by (private) java.util.concurrent.locks.LockSupport.setBlocker * Accessed using java.util.concurrent.locks.LockSupport.getBlocker */ volatile Object parkBlocker;

    问题1:parkBlocker又是干嘛的?

    原来java.lang.Thread的实现当中有这么一个对象。从注释上看,这个对象被LockSupport的setBlocker和getBlocker调用。查看JAVADOC会发现这么一段解释:

    大致意思是,这个对象是用来记录线程被阻塞时被谁阻塞的。用于线程监控和分析工具来定位原因的。主要调用了LockSupport的getBlocker方法。

    原来,parkBlocker是用于记录线程是被谁阻塞的。可以通过LockSupport的getBlocker获取到阻塞的对象。用于监控和分析线程用的。

    问题2:偏移量又是做什么的?

    static { try { parkBlockerOffset = unsafe.objectFieldOffset (java.lang.Thread.class.getDeclaredField("parkBlocker")); } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); } }

    这个要往后看一下,原来偏移量就算Thread这个类里面变量parkBlocker在内存中的偏移量。

    JVM的实现可以自由选择如何实现Java对象的“布局”,也就是在内存里Java对象的各个部分放在哪里,包括对象的实例字段和一些元数据之类。sun.misc.Unsafe里关于对象字段访问的方法把对象布局抽象出来,它提供了objectFieldOffset()方法用于获取某个字段相对Java对象的“起始地址”的偏移量,也提供了getInt、getLong、getObject之类的方法可以使用前面获取的偏移量来访问某个Java对象的某个字段。

    问题3:为什么要用偏移量来获取对象?干吗不要直接写个get,set方法。多简单?

    仔细想想就能明白,这个parkBlocker就是在线程处于阻塞的情况下才会被赋值。线程都已经阻塞了,如果不通过这种内存的方法,而是直接调用线程内的方法,线程是不会回应调用的。

    private static void setBlocker(Thread t, Object arg)

    private static void setBlocker(Thread t, Object arg) { // Even though volatile, hotspot doesn't need a write barrier here. unsafe.putObject(t, parkBlockerOffset, arg); }

    参数:

    Thread t 需要被赋值Blocker的线程Object arg 具体的Blocker对象

    解读:有了之前的理解,这个方法就很好理解了。对给定线程t的parkBlocker赋值。为了防止,这个parkBlocker被误用,该方法是不对外公开的。

    public static Object getBlocker(Thread t)

    public static Object getBlocker(Thread t) { return unsafe.getObjectVolatile(t, parkBlockerOffset); }

    参数:Thread t, 被操作的线程对象

    返回:parkBlocker对象

    解读:从线程t中获取他的parkerBlocker对象。这个方法是对外公开的。

    是不是可以利用这个方法来写一个监控程序,炫耀一把.

    再讲其他几个方法之前,先谈谈park和unpark是做什么的.

    看看SUN的官方解释 (点击查看源码)

    /** * Unblock the given thread blocked on <tt>park</tt>, or, if it is * not blocked, cause the subsequent call to <tt>park</tt> not to * block. Note: this operation is "unsafe" solely because the * caller must somehow ensure that the thread has not been * destroyed. Nothing special is usually required to ensure this * when called from Java (in which there will ordinarily be a live * reference to the thread) but this is not nearly-automatically * so when calling from native code. * @param thread the thread to unpark. * */ public native void unpark(Object thread); /** * Block current thread, returning when a balancing * <tt>unpark</tt> occurs, or a balancing <tt>unpark</tt> has * already occurred, or the thread is interrupted, or, if not * absolute and time is not zero, the given time nanoseconds have * elapsed, or if absolute, the given deadline in milliseconds * since Epoch has passed, or spuriously (i.e., returning for no * "reason"). Note: This operation is in the Unsafe class only * because <tt>unpark</tt> is, so it would be strange to place it * elsewhere. */ public native void park(boolean isAbsolute, long time);

    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。unpark,占住的反义词,就是释放。把车从车位上开走。

    翻译一下:

    park:阻塞当前线程,(1)当配对的unpark发生或者(2)配对的unpark已经发生或者线程被中断时恢复(unpark先行,再执行park)。 (3)当absolute是false时,如果给定的时间是非0(负数)或者给定的时间(正数, 时间单位时毫秒)已经过去了(0的时候会一直阻塞着)。(4)当Absolute是true时,如果给定的时间(时间单位是纳秒)过去了或者伪造的(在我理解是参数不合法时)线程会恢复中断。这个操作是不安全的,所以在其他调用会很奇怪(奇怪?反正就是用的时候要小心) unpark:当指定线程被park命令阻塞时unpark命令可以恢复阻塞。在park命令没有被先调用过的时候,调用unpark,线程仍然不被阻塞。(翻译的有点那个...).

    理解一下,park与unpark命令是成对出现的。unpark必须要在park命令后执行。但是线程的恢复并不一定要用unpark, 因为park的时间参数,有些情况下线程会自己恢复。

    public static void unpark(Thread thread) public static void unpark(Thread thread) { if (thread != null) unsafe.unpark(thread); }

    参数:Thread thread, 需要被中止挂起的线程

    带blocker参数的park方法

    public static void park(Object blocker) { Thread t = Thread.currentThread(); setBlocker(t, blocker); unsafe.park(false, 0L); setBlocker(t, null); } public static void parkNanos(Object blocker, long nanos) { if (nanos > 0) { Thread t = Thread.currentThread(); setBlocker(t, blocker); unsafe.park(false, nanos); setBlocker(t, null); } } public static void parkUntil(Object blocker, long deadline) { Thread t = Thread.currentThread(); setBlocker(t, blocker); unsafe.park(true, deadline); setBlocker(t, null); }

    参数:

    Object blocker:用于记录到线程中的parkBlocker对象。

    nanos:在nanos时间后线程自动恢复挂起

    deadline:在deadline时刻线程自动(这个毫秒其实就是自1970年1月1日0时起的毫秒数)

    解读:这三个方法其实是一个意思,把blocker放到线程当中,注意,这个park方法是一个阻塞的方法,除非4个条件

    当配对的unpark发生或者

    配对的unpark已经发生或者线程被中断时恢复(unpark先行,再执行park)

    当absolute是false时,如果给定的时间是非0(负数)或者给定的时间(正数, 时间单位时毫秒)已经过去了(0的时候会一直阻塞着)。

    当Absolute是true时,如果给定的时间(时间单位是纳秒)过去了或者伪造的(在我理解是参数不合法时)线程会恢复中断。

    不带blocker参数的park方法

    public static void park() { unsafe.park(false, 0L); } public static void parkNanos(long nanos) { if (nanos > 0) unsafe.park(false, nanos); } public static void parkUntil(long deadline) { unsafe.park(true, deadline); }

    这三个方法跟上面一样,唯一区别是没有做parkBlocker的赋值操作。

    来自我同事的并发编程网:

    我们继续看一下JVM是如何实现park方法的,park在不同的操作系统使用不同的方式实现,在linux下是使用的是系统方法pthread_cond_wait实现。实现代码在JVM源码路径src/os/linux/vm/os_linux.cpp里的 os::PlatformEvent::park方法,代码如下:

    void os::PlatformEvent::park() { int v ; for (;;) { v = _Event ; if (Atomic::cmpxchg (v-1, &_Event, v) == v) break ; } guarantee (v >= 0, "invariant") ; if (v == 0) { // Do this the hard way by blocking ... int status = pthread_mutex_lock(_mutex); assert_status(status == 0, status, "mutex_lock"); guarantee (_nParked == 0, "invariant") ; ++ _nParked ; while (_Event < 0) { status = pthread_cond_wait(_cond, _mutex); // for some reason, under 2.7 lwp_cond_wait() may return ETIME ... // Treat this the same as if the wait was interrupted if (status == ETIME) { status = EINTR; } assert_status(status == 0 || status == EINTR, status, "cond_wait"); } -- _nParked ; // In theory we could move the ST of 0 into _Event past the unlock(), // but then we'd need a MEMBAR after the ST. _Event = 0 ; status = pthread_mutex_unlock(_mutex); assert_status(status == 0, status, "mutex_unlock"); } guarantee (_Event >= 0, "invariant") ; } } 相关资源:敏捷开发V1.0.pptx
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