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为什么说LockSupport是Java并发的基石?

Java 并发组件和并发工具类如下:

  • 并发组件:线程池、阻塞队列、Future和FutureTask、Lock和Condition。
  • 并发工具:CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore和Exchanger。

并发组件和并发工具大都是基于AQS来实现的:

队列同步器AbstractQueuedSynchronizer(以下简称同步器),是用来构建锁或者其他同步组件的基础框架,它使用了一个int成员变量表示同步状态,通过内置的FIFO队列来完成资源获取线程的排队工作,并发包的作者(Doug Lea)期望它能够成为实现大部分同步需求的基础。

而AQS中的控制线程又是通过LockSupport类来实现的,因此可以说,LockSupport是Java并发基础组件中的基础组件 。LockSupport定义了一组以park开头的方法用来阻塞当前线程,以及unpark( thread thread)方法来唤醒一个被阻塞的线程。LockSupport提供的阻塞和唤醒方法如下:

LockSupport工具实现原理

LockSupport常用方法源码如下:

 // LockSupport
public  static   void  park(Object blocker) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    // blocker在什么对象上进行的阻塞操作
    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);
        // 超时阻塞
        UNSAFE.park(false, nanos);
        setBlocker(t, null);
    }
}

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

使用park和unpark进行线程的阻塞和唤醒操作,park和unpark底层是借助系统层( C语言 )方法pthread_mutex和pthread_cond来实现的,通过pthread_cond_wait函数可以对一个线程进行阻塞操作,在这之前,必须先获取pthread_mutex,通过pthread_cond_ signal 函数对一个线程进行唤醒操作。

pthread_mutex和pthread_cond使用示例如下:

 void *r1(void *arg)
{
    pthread_mutex_t* mutex = (pthread_mutex_t *)arg;
    static int cnt = 10;

    while(cnt--)
    {
        printf("r1: I am wait.n");
        pthread_mutex_lock(mutex);
        pthread_cond_wait(&cond, mutex); /* mutex参数用来保护条件变量的互斥锁,调用pthread_cond_wait前mutex必须加锁 */        pthread_mutex_unlock(mutex);
    }
    return "r1 over";
}

void *r2(void *arg)
{
    pthread_mutex_t* mutex = (pthread_mutex_t *)arg;
    static int cnt = 10;

    while(cnt--)
    {
        pthread_mutex_lock(mutex);
        printf("r2: I am send the cond signal.n");
        pthread_cond_signal(&cond);
        pthread_mutex_unlock(mutex);
        sleep(1);
    }
    return "r2 over";
}
  

注意,Linux下使用pthread_cond_signal的时候,会产生“ 惊群 ”问题的,但是Java中是不会存在这个“惊群”问题的,那么Java是如何处理的呢?

实际上,Java只会对一个线程调用pthread_cond_signal操作,这样肯定只会唤醒一个线程,也就不存在所谓的惊群问题。Java在语言层面实现了自己的线程管理机制(阻塞、唤醒、排队等),每个Thread实例都有一个独立的pthread_u和pthread_cond(系统层面的/C语言层面),在Java语言层面上对单个线程进行独立唤醒操作。(怎么感觉Java中线程有点小可怜呢,只能在Java线程库的指挥下作战,竟然无法直接获取同一个pthread_mutex或者pthread_cond。但是Java这种实现线程机制的实现实在太巧妙了,虽然底层都是使用pthread_mutex和pthread_cond这些方法,但是貌似C/C++还没这么强大易用的线程库哈。)

具体LockSuuport.park和LockSuuport.unpark的底层实现可以参考对应JDK源码,下面看一下gdb打印处于LockSuuport.park时的线程状态信息:

由上图可知底层确实是基于pthread_cond函数来实现的。

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文章来源:智云一二三科技

文章标题:为什么说LockSupport是Java并发的基石?

文章地址:https://www.zhihuclub.com/195639.shtml

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