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,如果没有通行卡就无法出站,当然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
- 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
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