LockSupport:灵活的线程工具类

LockSupport是一个编程工具类,主要是为了阻塞和唤醒线程用的。使用它我们可以实现很多功能,今天主要就是对这个工具类的讲解,希望对你有帮助:

LockSupport 简介

LockSupport 是什么

我们在开头提过,LockSupport 是一个线程工具类,所有的方法都是静态方法,可以让线程在任意位置阻塞,也可以在任意位置唤醒。

它的内其实可以分为两类主要方法:park(阻塞线程)unpark(启动唤醒线程)

// 1.阻塞当前线程
public static void park(Object blocker);
// 2.暂停当前线程,有超时时间
public static void parkNanos(Object blocker, long nanos);
// 3.暂停当前线程,直到某个时间
public static void parkUntil(Object blocker, long deadline);
// 4.无限期暂停当前线程
public static void park();
// 5.暂停当前线程,有超时时间
public static void parkNanos(long nanos);
// 6.暂停当前线程,直到某个时间
public static void parkUntil(long deadline);
// 7.恢复当前线程
public static void unpark(Thread thread)

我们注意到上面1、2、3方法,参数中都有一个blocker,这个blocker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。

LockSupport使用示例

先interrupt再park

/**
* LockSupport案例1
* @author wangcp
* @date 2021/11/02 10:21
**/
public class LockSupportTest1 {
    public static class MyThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(getName() + "进入线程");
            LockSupport.park();
            System.out.println("t1线程运行结束");
            System.out.println("是否中断:" + Thread.currentThread().isInterrupted());
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread t1 = new MyThread();
        t1.start();
        System.out.println("t1已经启动,但是内部进行了park");
        t1.interrupt();
        System.out.println("main线程结束");
    }
}

运行结果如下:

image-20211102134013482

先unpark再park

public class LockSupportTest1 {
    public static class MyThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(getName() + "进入线程");
            LockSupport.park();
            System.out.println("t1线程运行结束");
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread t1 = new MyThread();
        t1.start();
        System.out.println("t1已经启动,但是内部进行了park");
        LockSupport.unpark(t1);
        System.out.println("main线程结束");
    }
}

我们只需要在park之前先休眠1秒钟,这样可以确保unpark先执行。

image-20211102134542523.png

LockSupport相关问题详解

看完以上关于LockSupport的介绍与使用,我们来思考以下相关问题:

  • 线程中断 interrupt 方法怎么理解,意思就是线程中断了吗?那当前线程还能继续执行吗?
  • 判断线程是否中断的方法有几个,它们之间有什么区别?
  • LockSupport 的 park/unpark 和 wait/notify 有什么区别?
  • sleep 方法是怎么响应中断的?
  • park 方法又是怎么响应中断的?

线程中断相关方法

线程中和中断相关的方法有三个,分别介绍如下:

1.interrupt

我们一般都说这个方法是用来中断线程的,那么这个中断应该怎么理解呢? 就是说把当前正在执行的线程中断掉,不让它继续往下执行吗?

其实,不然。 此处,说的中断仅仅是给线程设置一个中断的标识(设置为true),线程还是会继续往下执行的。而线程怎么停止,则需要由我们自己去处理。

2.isInterrupted

判断当前线程的中断状态,即判断线程的中断标识是true还是false。 注意,这个方法不会对线程原本的中断状态产生任何影响。

3.interrupted

也是判断线程的中断状态的。但是,需要注意的是,这个方法和 isInterrupted 有很大的不同。我们看下它们的源码:

public boolean isInterrupted() {  
    return isInterrupted(false);  
}

public static boolean interrupted() {  
    return currentThread().isInterrupted(true);  
}
//调用同一个方法,只是传参不同
private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted);

首先 isInterrupted 方法是线程对象的方法,而 interrupted 是Thread类的静态方法。

其次,它们都调用了同一个本地方法 isInterrupted,不同的只是传参的值,这个参数代表的是,是否要把线程的中断状态清除(清除即不论之前的中断状态是什么值,最终都会设置为false)。

因此,interrupted 静态方法会把原本线程的中断状态清除,而 isInterrupted 则不会。所以,如果你调用两次 interrupted 方法,第二次就一定会返回false,除非中间又被中断了一次。

sleep响应中断

线程中常用的阻塞方法,如sleep,join和wait 都会响应中断,然后抛出一个中断异常 InterruptedException。但是,注意此时,线程的中断状态会被清除。所以,当我们捕获到中断异常之后,应该保留中断信息,以便让上层代码知道当前线程中断了。通常有两种方法可以做到。

一种是,捕获异常之后,再重新抛出异常,让上层代码知道。另一种是,在捕获异常时,通过 interrupt 方法把中断状态重新设置为true。

下面,就以sleep方法为例,捕获中断异常,然后重新设置中断状态:

/**
* Interrupt 测试类
* @author wangcp
* @date 2021/11/02 14:22
**/
public class InterruptTest1 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            private int count = 0;
            @Override
            public void run() {
               count = new Random().nextInt(1000);
               count = count * count;
                System.out.println("count:" + count);
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                } catch (Exception e) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程第一次中断标志:" + Thread.currentThread().isInterrupted());
                    // 重新把线程中断状态设置为true。
                    Thread.currentThread().interrupt();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程第二次中断标志:" + Thread.currentThread().isInterrupted());
                }
            }
        });
        t.start();

        Thread.sleep(100);
        t.interrupt();
    }
}

结果如下:

image-20211102150349839

按我理解,sleep() 方法会不断的判断线程是否被中断过,若检测到中断标志则会抛出异常InterruptedException。

park 和 interrupt 中断

park方法可以阻塞当前线程,如果调用unpark方法或者中断当前线程,则会从park方法中返回。

park方法对中断方法的响应和 sleep 有一些不太一样。它不会抛出中断异常,而是从park方法直接返回,不影响线程的继续执行。我们看下代码:

/**
* LockSupport 测试2
* @author wangcp
* @date 2021/11/02 15:13
**/
public class LockSupportTest2 {

    static class ParkThread implements Runnable{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始阻塞");
            LockSupport.park();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "第一次结束阻塞");
            LockSupport.park();
            System.out.println("第二次结束阻塞");
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(new ParkThread());
        t.start();
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始唤醒阻塞线程");
        t.interrupt();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束唤醒");
    }
}

打印结果如下:

image-20211102154150138

当调用interrupt方法时,会把中断状态设置为true,然后park方法会去判断中断状态,如果为true,就直接返回,然后往下继续执行,并不会抛出异常。注意,这里并不会清除中断标志。只要线程有中断标志,park() 就不再阻塞线程,不论调用多少次park() ,都不会阻塞线程。

unpark

unpark会唤醒被park的指定线程。但是,这里要说明的是,unpark 并不是简单的直接去唤醒被park的线程。看下JDK的解释:

image.png

unpark只是给当前线程设置一个许可证。如果当前线程已经被阻塞了(即调用了park),则会转为不阻塞的状态。如若不然,下次调用park方法的时候也会保证不阻塞。这句话的意思,其实是指,park和unpark的调用顺序无所谓,只要unpark设置了这个许可证,park方法就可以在任意时刻消费许可证,从而不会阻塞方法。

还需要注意的是,许可证最多只有一个,也就是说,就算unpark方法调用多次,也不会增加许可证。

park/unpark 和 wait/notify 区别

我们现在知道了 LockSupport 是用来阻塞和唤醒线程的,而且之前我们都知道 wait/notify 也是用来阻塞和唤醒线程的,那么它们相比,LockSupport有什么优点呢?

我们先举个案例:

/**
* LockSupport案例1
* @author wangcp
* @date 2021/11/02 10:21
**/
public class LockSupportTest1 {
    public static class MyThread extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(getName() + "进入线程");
            LockSupport.park();
            System.out.println("t1线程运行结束");
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread t1 = new MyThread();
        t1.start();
        System.out.println("t1已经启动,但是内部进行了park");
        LockSupport.unpark(t1);
        System.out.println("LockSupport 进行了 unpark");
    }
}

上面代码的意思,我们定义一个线程,但在内部进行了park,因此需要unpark才能唤醒继续执行。不过注意观察,我们是在MyThread中进行的park,在main线程中进行的unpark。

这样看来,好像和 wait/notify 没有什么区别,那它们之间的区别到底是什么呢?主要区别如下:

  • wait和notify方法必须和同步锁 synchronized一块儿使用。而park/unpark使用就比较灵活了,没有这个限制,可以在任何地方使用。
  • park/unpark 使用时没有先后顺序,都可以使线程不阻塞(前面代码已验证)。而wait必须在notify前先使用,如果先notify,再wait,则线程会一直等待。
  • notify只能随机释放一个线程,并不能指定某个特定线程,notifyAll是释放锁对象中的所有线程。而unpark方法可以唤醒指定的线程。
  • 调用wait方法会使当前线程释放锁资源,但使用的前提是必须已经获得了锁。 而park不会释放锁资源。(以下代码验证)
/**
* 测试线程锁
* @author wangcp
* @date 2021/11/02 15:48
**/
public class LockSyncTest1 {

    private static Object lock = new Object();
    // 保存调用park的线程,以便后续唤醒
    private static Thread parkedThread;


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Thread t1 = new Thread(()->{
            synchronized (lock){
                System.out.println("unpark前");
                LockSupport.unpark(parkedThread);
                System.out.println("unpark后");
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //和t1线程用同一把锁时,park不会释放锁资源,若换成this锁,则会释放锁
                synchronized (this){
                    System.out.println("park 前");
                    parkedThread = Thread.currentThread();
                    LockSupport.park();
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("park 后");
                }
            }
        });

        t2.start();
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
        t1.start();
    }
}

以上代码,会一直卡在t2线程,因为park不会释放锁,因此t1也无法执行。

如果把t2的锁换成this锁,即只要和t1不是同一把锁,则t1就会正常执行,然后把t2线程唤醒。打印结果如下:

image-20211102160241994
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