Java的LockSupport.park()实现分析

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：

 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。

unpark: 使给定的线程停止阻塞(Unblock the given thread blocked )。

public native void unpark(Thread jthread);  

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

 

isAbsolute参数是指明时间是绝对的，还是相对的。

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。

unpark函数为线程提供“许可(permit)”，线程调用park函数则等待“许可”。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。

实际上，park函数即使没有“许可”，有时也会无理由地返回，这点等下再解析。

park和unpark的灵活之处

上面已经提到，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，那么给编程带来很大的麻烦！！

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。编程的时候就会很蛋疼。

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。

 

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：

 

[cpp] view plaincopy

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：

 

[cpp] view plaincopy

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：

 

[cpp] view plaincopy

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：

 

[cpp] view plaincopy

if (time == 0) {  

  status = pthread_cond_wait (_cond, _mutex) ;  

}  

_counter = 0 ;  

status = pthread_mutex_unlock(_mutex) ;  

assert_status(status == 0, status, "invariant") ;  

OrderAccess::fence();  

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：

 

 

[cpp] view plaincopy

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") ;  

  }  

}  

简而言之，是用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。

 

关于"Spurious wakeup"，参考上一篇blog：http://blog.csdn.net/hengyunabc/article/details/27969613

 

[cpp] view plaincopy

if (time == 0) {  

  status = pthread_cond_wait (_cond, _mutex) ;  

}  

 

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：

 

• Some other thread invokes unpark with the current thread as the target; or
• Some other thread interrupts the current thread; or
• The call spuriously (that is, for no reason) returns.

 

相关的实现代码在：

http://hg.openjdk.java.net/build-infra/jdk7/hotspot/file/52c4a1ae6adc/src/share/vm/runtime/park.hpp
http://hg.openjdk.java.net/build-infra/jdk7/hotspot/file/52c4a1ae6adc/src/share/vm/runtime/park.cpp
http://hg.openjdk.java.net/build-infra/jdk7/hotspot/file/52c4a1ae6adc/src/os/linux/vm/os_linux.hpp
http://hg.openjdk.java.net/build-infra/jdk7/hotspot/file/52c4a1ae6adc/src/os/linux/vm/os_linux.cpp  

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。

 

[cpp] view plaincopy

// We use placement-new to force ParkEvent instances to be  

// aligned on 256-byte address boundaries.  This ensures that the least  

// significant byte of a ParkEvent address is always 0.  

   

void * operator new (size_t sz) ;  

Parker里使用了一个无锁的队列在分配释放Parker实例：

 

 

[cpp] view plaincopy

volatile int Parker::ListLock = 0 ;  

Parker * volatile Parker::FreeList = NULL ;  

  

Parker * Parker::Allocate (JavaThread * t) {  

  guarantee (t != NULL, "invariant") ;  

  Parker * p ;  

  

  // Start by trying to recycle an existing but unassociated  

  // Parker from the global free list.  

  for (;;) {  

    p = FreeList ;  

    if (p  == NULL) break ;  

    // 1: Detach  

    // Tantamount to p = Swap (&FreeList, NULL)  

    if (Atomic::cmpxchg_ptr (NULL, &FreeList, p) != p) {  

       continue ;  

    }  

  

    // We've detached the list.  The list in-hand is now  

    // local to this thread.   This thread can operate on the  

    // list without risk of interference from other threads.  

    // 2: Extract -- pop the 1st element from the list.  

    Parker * List = p->FreeNext ;  

    if (List == NULL) break ;  

    for (;;) {  

        // 3: Try to reattach the residual list  

        guarantee (List != NULL, "invariant") ;  

        Parker * Arv =  (Parker *) Atomic::cmpxchg_ptr (List, &FreeList, NULL) ;  

        if (Arv == NULL) break ;  

  

        // New nodes arrived.  Try to detach the recent arrivals.  

        if (Atomic::cmpxchg_ptr (NULL, &FreeList, Arv) != Arv) {  

            continue ;  

        }  

        guarantee (Arv != NULL, "invariant") ;  

        // 4: Merge Arv into List  

        Parker * Tail = List ;  

        while (Tail->FreeNext != NULL) Tail = Tail->FreeNext ;  

        Tail->FreeNext = Arv ;  

    }  

    break ;  

  }  

  

  if (p != NULL) {  

    guarantee (p->AssociatedWith == NULL, "invariant") ;  

  } else {  

    // Do this the hard way -- materialize a new Parker..  

    // In rare cases an allocating thread might detach  

    // a long list -- installing null into FreeList --and  

    // then stall.  Another thread calling Allocate() would see  

    // FreeList == null and then invoke the ctor.  In this case we  

    // end up with more Parkers in circulation than we need, but  

    // the race is rare and the outcome is benign.  

    // Ideally, the # of extant Parkers is equal to the  

    // maximum # of threads that existed at any one time.  

    // Because of the race mentioned above, segments of the  

    // freelist can be transiently inaccessible.  At worst  

    // we may end up with the # of Parkers in circulation  

    // slightly above the ideal.  

    p = new Parker() ;  

  }  

  p->AssociatedWith = t ;          // Associate p with t  

  p->FreeNext       = NULL ;  

  return p ;  

}  

  

  

void Parker::Release (Parker * p) {  

  if (p == NULL) return ;  

  guarantee (p->AssociatedWith != NULL, "invariant") ;  

  guarantee (p->FreeNext == NULL      , "invariant") ;  

  p->AssociatedWith = NULL ;  

  for (;;) {  

    // Push p onto FreeList  

    Parker * List = FreeList ;  

    p->FreeNext = List ;  

    if (Atomic::cmpxchg_ptr (p, &FreeList, List) == List) break ;  

  }  

}  

 

 

总结与扯谈

JUC(Java Util Concurrency)仅用简单的park, unpark和CAS指令就实现了各种高级同步数据结构，而且效率很高，令人惊叹。

转载于:https://www.cnblogs.com/bendantuohai/p/4653543.html

总结

以上是生活随笔为你收集整理的Java的LockSupport.park()实现分析的全部内容，希望文章能够帮你解决所遇到的问题。

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