探索Java并发编程利器：LockSupport，一种高效的线程阻塞与唤醒机制-Toy模板网

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一、导读

我们继续总结学习Java基础知识，温故知新。

二、概览

LockSupport 是 Java SE 9 及以上版本中引入的一个线程同步工具类，用于支持同步方法，提供了多种同步机制.

LockSupport 所有的方法都是静态方法，可以让线程在任意位置阻塞，阻塞之后也有对应的唤醒方法。
LockSupport 底层调用的是Unsafe中的native代码。

java.util.concurrent并发包下很多并发类的底层加锁都是基于LockSupport，如ReentrantLock、CountDownLatch、ParkableLazyDeque 等。

三、用法

LockSupport 类中最常用的方法是 Park() 和 Unpark() 方法，分别用于阻塞和唤醒线程。


       Thread a = new Thread(() -> {

           System.out.println("start " + Thread.currentThread().getName());
           int resule = 0;
           for(int i = 0; i < 10; i ++) {
               resule += i;
           }
           // 阻塞线程
           LockSupport.park();
           System.out.println(resule);

       }, "a");

       a.start();
       try {
//            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
       } catch (Exception e) {
       }
       
       // 释放，这里不调用的话，上面将一直锁定
       LockSupport.unpark(a);

四、原理

park和unpark都是直接调用了Unsafe的方法，
我们这么理解：这两个方法的原理是基于一个计数器，计数器的值决定了线程的阻塞等待状态。当计数器的值减为 0 时，表示线程可以被唤醒，执行相应的操作。

此外，LockSupport 还提供了一些同步方法，如 Lock 和 Unlock() 方法，用于获取和释放锁。Lock 方法用于获取锁，Unlock() 方法用于释放锁。与 synchronized 关键字不同，Lock 和 Unlock() 方法不需要同时进行，可以在任意一个方法中获取锁，并且可以在任意一个方法中释放锁，因此更加灵活和方便。


    调用park后，此时线程处于waiting的状态
    
    public static void park() {
        UNSAFE.park(false, 0L);
    }
    
    public static void park(Object blocker) {
        // 获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        
        // 设置Blocker
        setBlocker(t, blocker);
        
        // 此后，当前线程就已经阻塞了，后面的函数无法运行，直至unpark函数被调用
        UNSAFE.park(false, 0L);
        
        //unpark函数被调用后，继续执行，如果没有第二个setBlocker，那么之后没有调用park(Object blocker)，
        //而直接调用getBlocker函数，得到的还是前一个park(Object blocker)设置的blocker，显然是不符合逻辑的
        setBlocker(t, null);
    }
    
    public static void unpark(Thread thread) {
        if (thread != null)
           UNSAFE.unpark(thread);
    }

Unsafe.java


    public native void unpark(Object var1);

    public native void park(boolean var1, long var2);

五、线程等待和唤醒的方法

5.1 LockSupport.park()

    // Hotspot implementation via intrinsics API
    private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
    
    static {
        try {
            UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
            
        } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
    }

Thread.sleep()和LockSupport.park()的区别

Thread.sleep()和LockSupport.park() 都是阻塞当前线程的执行，
都不会释放当前线程占有的锁资源；

Thread.sleep()没法从外部唤醒，只能自己醒过来；本身就是一个native方法；
LockSupport.park()方法可以被另一个线程调用LockSupport.unpark()方法唤醒；* 底层是调用的Unsafe的native方法；

Thread.sleep()方法需要捕获中断异常。
LockSupport.park()不需要捕获中断异常。

5.2 Object中的wait()、notify、notifyAll

Object类中的wait、notify、notifyAll用于线程等待和唤醒的方法，都必须在sychronized内部执行

Object.wait()原理

在 Object.wait() 方法中，首先使用 synchronized 关键字锁定当前对象，然后调用 Object.wait() 方法等待另一个线程执行完毕并返回一个 Future 对象。在等待过程中，当前线程会一直阻塞，直到另一个线程执行完毕并返回一个 Future 对象。当等待线程执行完毕后，Future 对象的 get() 方法将返回等待线程的结果。因此，在使用 Object.wait() 方法时，需要确保等待线程已经执行完毕，否则可能会导致死锁等问题。

5.3 Condition的await()方法

Java中的Condition是java.util.concurrent.locks包下的一个接口，它主要用于在多线程环境中控制线程的等待和唤醒。

线程需要获得并持有锁，必须在锁块（synchronized或lock中）
必须要先等待后唤醒，线程才能够被唤醒。

5.4 Thread.sleep()和Object.wait()的区别

Thread.sleep()不会释放锁资源，到时间了会自动唤醒，然后继续执行；
Object.wait()会释放锁资源。需要另一个线程使用Object.notify()唤醒

5.5 Object.wait()和LockSupport.park()的区别

二者都会阻塞当前线程的运行。

Object.wait()方法需要在synchronized块中执行；
LockSupport.park()可以在任意地方执行；
Object.wait()方法需要捕获中断异常。
LockSupport.park()不需要捕获中断异常。
Object.wait()不带超时的，需要另一个线程执行notify()来唤醒，但不一定继续执行后续内容；
LockSupport.park()不带超时的，需要另一个线程执行unpark()来唤醒，一定会继续执行后续内容；

5.6 Object.wait()和Condition.await()的区别

Object.wait()和Condition.await()的原理是基本一致的，不同的是Condition.await()底层是调用LockSupport.park()来实现阻塞当前线程的。

5.7 java中，notify/wait等方法为什么要在同步代码块中执行

同步代码块通常由 synchronized 关键字修饰
在Java中，notify() 和 wait() 方法通常用于实现线程之间的通信和同步。这些方法通常在同步代码块中执行，以确保线程安全和原子性。
在同步代码块中执行 notify() 和 wait() 方法可以确保线程安全和原子性，因为它们可以保证在同一时刻只有一个线程可以执行这些方法。如果在非同步代码块中执行这些方法，则可能会导致竞争条件和死锁等问题。

5.8 如果在wait()之前执行了notify()会怎样?

如果当前的线程不是此对象锁的所有者，却调用该对象的notify()或wait()方法时抛出IllegalMonitorStateException异常；
如果当前线程是此对象锁的所有者，wait()将一直阻塞，因为后续将没有其它notify()唤醒它。

5.8 如果在park()之前执行了unpark()会怎样?

线程不会被阻塞，直接跳过park()，继续执行后续内容，大家可以自己尝试下


        Thread a = new Thread(() -> {

            System.out.println("start " + Thread.currentThread().getName());
            int resule = 0;
            for(int i = 0; i < 10; i ++) {
                resule += i;
            }
            LockSupport.park();
            System.out.println(resule);

        }, "a");

        try {
//            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
        } catch (Exception e) {
        }
        LockSupport.unpark(a);
        a.start();
        LockSupport.unpark(a);