locksupport源码详解

‘壹’ 快速学习jav的方法有哪些

作者：Yifen Hao
链接：https://www.hu.com/question/57483039/answer/153055031
来源：知乎
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1. 做完的东西记得写笔记。
比如在Spring中配置了redis集群，如果下次配置，还要去网上搜，效率低，不如把那部分代码写到笔记里。
今天在idea中用插件把代码部署到docker里，也是一边谷歌，一边记笔记。
又比如一些常用的命令，总是会记不起来，用到的时候去搜谷歌，效率真的很低。不如记录下来。
我自己用的notepad++记录笔记，一直开着，需要的时候用快捷键直接切换到前台，从来不会卡，从来不担心内容丢失。马上就能记下来。记得时候不用太担心格式，毕竟文字最重要。记录了之后，后面整理好，用markdown格式写到云笔记里。
2.坚持学习新东西
程序员只有一种死法，土死的。
Spring是个好东西，但是配置太繁琐了，如果自己想重新搞一个应用，或者做一些功能小demo，先要弄一大堆配置，等弄完配置，心都冷了。Spring Boot作为新技术，大大简化了配置，启动一个web应用都不用写配置。我想验证一个功能，点几下鼠标就能启动了。
学习java8，jdk8引入了lambda表达式，大大减少了繁杂代码，添加函数式方法，对集合的操作大大简化。新的time包由joda time作者所写，比之前的date，calender好用太多。
好用的东西还有guava库。
3.学习其他语言和编程范式
python，kotlin，多了解一下编程范式。java写多了，人真的变笨了。
4.多看优秀书籍
Java并发编程实战，Effective Java，重构，算法，HTTP权威指南等等
5.多看源码
我觉得自己有个优点，也算是个缺点，我接触到一个东西，我就特别想知道，它原理是什么，怎么实现的，忍不住点进去源码看看。
前不久把java并发的工具类看了。从UNSAFE开始，到LockSupport和原子工具类，到AQS实现，然后基于AQS的Lock，CountdownLatch，Semaphore，然后是基于Lock的阻塞队列实现等。
Java的容器代码，我基本也看过很多。
之前也看了Zookeeper的源码。
Spring的源码结构也基本了解了。

‘贰’ Lock的await/singal 和 Object的wait/notify 的区别

在使用Lock之前，我们都使用Object 的wait和notify实现同步的。举例来说，一个procer和consumer，consumer发现没有东西了，等待，proer生成东西了，唤醒。
线程consumer 线程procer
synchronize(obj){
obj.wait();//没东西了，等待
} synchronize(obj){
obj.notify();//有东西了，唤醒
}
有了lock后，世道变了，现在是：
lock.lock();
condition.await();
lock.unlock(); lock.lock();
condition.signal();
lock.unlock();
为了突出区别，省略了若干细节。区别有三点：
1. lock不再用synchronize把同步代码包装起来；
2. 阻塞需要另外一个对象condition；
3. 同步和唤醒的对象是condition而不是lock，对应的方法是await和signal，而不是wait和notify。
为什么需要使用condition呢？简单一句话，lock更灵活。以前的方式只能有一个等待队列，在实际应用时可能需要多个，比如读和写。为了这个灵活性，lock将同步互斥控制和等待队列分离开来，互斥保证在某个时刻只有一个线程访问临界区（lock自己完成），等待队列负责保存被阻塞的线程（condition完成）。
通过查看ReentrantLock的源代码发现，condition其实是等待队列的一个管理者，condition确保阻塞的对象按顺序被唤醒。
在Lock的实现中，LockSupport被用来实现线程状态的改变，后续将更进一步研究LockSupport的实现机制。

‘叁’ java里是怎么通过condition接口是获取监视器方法的

ReentrantLock和condition是配合着使用的，就像wait和notify一样，提供一种多线程间通信机制。

ReentrantLock 的lock方法有两种实现：公平锁与非公平锁
看newCondition的源码实现：

final ConditionObject newCondition() {
return new ConditionObject();}

其实就是只实例化一个个conditionObject对象绑定到lock罢了。也就是拿到了监视器，再深入到conditionObject这个里面实现看看await方法：

public final void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException(); Node node = addConditionWaiter(); int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = 0; while (!isOnSyncQueue(node)) {
LockSupport.park(this); if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break; }
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT; if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled unlinkCancelledWaiters(); if (interruptMode != 0)
reportInterruptAfterWait(interruptMode);}

大概就是将当前线程加入等待队列，其中做一些逻辑判断，再来看看唤醒的方法：singal和singalAll:

public final void signalAll() {
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
Node first = firstWaiter;
if (first != null)
doSignalAll(first);
}

其实就是将等待队列里面的线程依次唤醒罢了，doSingalAll:

private void doSignalAll(Node first) {
lastWaiter = firstWaiter = null;
do {
Node next = first.nextWaiter;
first.nextWaiter = null;
transferForSignal(first);
first = next;
} while (first != null);
}

transferForSignal将线程转移到syncQueue重新排队，这里主要用到CAS(lock free)算法改变状态：

final boolean transferForSignal(Node node) {
/*
* If cannot change waitStatus, the node has been cancelled.
*/
if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
return false;

/*
* Splice onto queue and try to set waitStatus of predecessor to
* indicate that thread is (probably) waiting. If cancelled or
* attempt to set waitStatus fails, wake up to resync (in which
* case the waitStatus can be transiently and harmlessly wrong).
*/
Node p = enq(node);
int ws = p.waitStatus;
if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
LockSupport.unpark(node.thread);
return true;
}

篇幅有限，没有详细描述...反正多看看源码吧，结合着实例分析

‘肆’ Lock的await/singal 和 Object的wait/notify 的区别

Lock的await/singal 和 Object的wait/notify 的区别

在使用Lock之前，我们都使用Object 的wait和notify实现同步的。举例来说，一个procer和consumer，consumer发现没有东西了，等待，proer生成东西了，唤醒。

线程consumer 线程procer

synchronize(obj){
obj.wait();//没东西了，等待
} synchronize(obj){
obj.notify();//有东西了，唤醒
}

有了lock后，世道变了，现在是：

lock.lock();
condition.await();
lock.unlock(); lock.lock();
condition.signal();
lock.unlock();

为了突出区别，省略了若干细节。区别有三点：

1. lock不再用synchronize把同步代码包装起来；
2. 阻塞需要另外一个对象condition；
3. 同步和唤醒的对象是condition而不是lock，对应的方法是await和signal，而不是wait和notify。

为
什么需要使用condition呢？简单一句话，lock更灵活。以前的方式只能有一个等待队列，在实际应用时可能需要多个，比如读和写。为了这个灵活
性，lock将同步互斥控制和等待队列分离开来，互斥保证在某个时刻只有一个线程访问临界区（lock自己完成），等待队列负责保存被阻塞的线程
（condition完成）。

通过查看ReentrantLock的源代码发现，condition其实是等待队列的一个管理者，condition确保阻塞的对象按顺序被唤醒。

在Lock的实现中，LockSupport被用来实现线程状态的改变，后续将更进一步研究LockSupport的实现机制。

‘伍’ java并发包源码怎么读

1. 各种同步控制工具的使用

1.1 ReentrantLock

ReentrantLock感觉上是synchronized的增强版，synchronized的特点是使用简单，一切交给JVM去处理，但是功能上是比较薄弱的。在JDK1.5之前，ReentrantLock的性能要好于synchronized，由于对JVM进行了优化，现在的JDK版本中，两者性能是不相上下的。如果是简单的实现，不要刻意去使用ReentrantLock。

相比于synchronized，ReentrantLock在功能上更加丰富，它具有可重入、可中断、可限时、公平锁等特点。

首先我们通过一个例子来说明ReentrantLock最初步的用法：

package test;

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class Test implements Runnable{ public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); public static int i = 0;

@Override public void run() { for (int j = 0; j < 10000000; j++)
{ lock.lock(); try
{
i++;
} finally
{ lock.unlock();
}
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Test test = new Test();
Thread t1 = new Thread(test);
Thread t2 = new Thread(test);
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
System.out.println(i);
}

}

有两个线程都对i进行++操作，为了保证线程安全，使用了ReentrantLock，从用法上可以看出，与synchronized相比，ReentrantLock就稍微复杂一点。因为必须在finally中进行解锁操作，如果不在finally解锁，有可能代码出现异常锁没被释放，而synchronized是由JVM来释放锁。

那么ReentrantLock到底有哪些优秀的特点呢？

1.1.1 可重入

单线程可以重复进入，但要重复退出

lock.lock();
lock.lock();try{
i++;

}
finally{
lock.unlock();
lock.unlock();
}

由于ReentrantLock是重入锁，所以可以反复得到相同的一把锁，它有一个与锁相关的获取计数器，如果拥有锁的某个线程再次得到锁，那么获取计数器就加1，然后锁需要被释放两次才能获得真正释放(重入锁)。这模仿了synchronized的语义；如果线程进入由线程已经拥有的监控器保护的 synchronized 块，就允许线程继续进行，当线程退出第二个（或者后续）synchronized块的时候，不释放锁，只有线程退出它进入的监控器保护的第一个synchronized块时，才释放锁。

public class Child extends Father implements Runnable{ final static Child child = new Child();//为了保证锁唯一
public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 50; i++) { new Thread(child).start();
}
}
public synchronized void doSomething() {
System.out.println("1child.doSomething()");
doAnotherThing(); // 调用自己类中其他的synchronized方法
}
private synchronized void doAnotherThing() { super.doSomething(); // 调用父类的synchronized方法
System.out.println("3child.doAnotherThing()");
}
@Override
public void run() {
child.doSomething();
}
}class Father { public synchronized void doSomething() {
System.out.println("2father.doSomething()");
}
}

我们可以看到一个线程进入不同的synchronized方法，是不会释放之前得到的锁的。所以输出还是顺序输出。所以synchronized也是重入锁

输出：

1child.doSomething()
2father.doSomething()
3child.doAnotherThing()
1child.doSomething()
2father.doSomething()
3child.doAnotherThing()
1child.doSomething()
2father.doSomething()
3child.doAnotherThing()
...

1.1.2.可中断

与synchronized不同的是，ReentrantLock对中断是有响应的。中断相关知识查看[高并发Java 二] 多线程基础

普通的lock.lock()是不能响应中断的，lock.lockInterruptibly()能够响应中断。

我们模拟出一个死锁现场，然后用中断来处理死锁

package test;import java.lang.management.ManagementFactory;import java.lang.management.ThreadInfo;import java.lang.management.ThreadMXBean;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class Test implements Runnable{ public static ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock(); public static ReentrantLock lock2 = new ReentrantLock(); int lock; public Test(int lock)
{ this.lock = lock;
} @Override
public void run()
{ try
{ if (lock == 1)
{
lock1.lockInterruptibly(); try
{
Thread.sleep(500);
} catch (Exception e)
{ // TODO: handle exception
}
lock2.lockInterruptibly();
} else
{
lock2.lockInterruptibly(); try
{
Thread.sleep(500);
} catch (Exception e)
{ // TODO: handle exception
}
lock1.lockInterruptibly();
}
} catch (Exception e)
{ // TODO: handle exception
} finally
{ if (lock1.isHeldByCurrentThread())
{
lock1.unlock();
} if (lock2.isHeldByCurrentThread())
{
lock2.unlock();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ":线程退出");
}
} public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Test t1 = new Test(1);
Test t2 = new Test(2);
Thread thread1 = new Thread(t1);
Thread thread2 = new Thread(t2);
thread1.start();
thread2.start();
Thread.sleep(1000); //DeadlockChecker.check();
} static class DeadlockChecker
{ private final static ThreadMXBean mbean = ManagementFactory
.getThreadMXBean(); final static Runnable deadlockChecker = new Runnable()
{ @Override
public void run()
{ // TODO Auto-generated method stub
while (true)
{ long[] deadlockedThreadIds = mbean.findDeadlockedThreads(); if (deadlockedThreadIds != null)
{
ThreadInfo[] threadInfos = mbean.getThreadInfo(deadlockedThreadIds); for (Thread t : Thread.getAllStackTraces().keySet())
{ for (int i = 0; i < threadInfos.length; i++)
{ if(t.getId() == threadInfos[i].getThreadId())
{
t.interrupt();
}
}
}
} try
{
Thread.sleep(5000);
} catch (Exception e)
{ // TODO: handle exception
}
}

}
};
public static void check()
{
Thread t = new Thread(deadlockChecker);
t.setDaemon(true);
t.start();
}
}

}

上述代码有可能会发生死锁，线程1得到lock1，线程2得到lock2，然后彼此又想获得对方的锁。

我们用jstack查看运行上述代码后的情况

下面举个例子：

package test;import java.util.concurrent.CyclicBarrier;public class Test implements Runnable{ private String soldier; private final CyclicBarrier cyclic; public Test(String soldier, CyclicBarrier cyclic)
{ this.soldier = soldier; this.cyclic = cyclic;
} @Override
public void run()
{ try
{ //等待所有士兵到齐
cyclic.await();
dowork(); //等待所有士兵完成工作
cyclic.await();
} catch (Exception e)
{ // TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}

} private void dowork()
{ // TODO Auto-generated method stub
try
{
Thread.sleep(3000);
} catch (Exception e)
{ // TODO: handle exception
}
System.out.println(soldier + ": done");
} public static class BarrierRun implements Runnable
{ boolean flag; int n; public BarrierRun(boolean flag, int n)
{ super(); this.flag = flag; this.n = n;
} @Override
public void run()
{ if (flag)
{
System.out.println(n + "个任务完成");
} else
{
System.out.println(n + "个集合完成");
flag = true;
}

}

} public static void main(String[] args)
{ final int n = 10;
Thread[] threads = new Thread[n]; boolean flag = false;
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(n, new BarrierRun(flag, n));
System.out.println("集合"); for (int i = 0; i < n; i++)
{
System.out.println(i + "报道");
threads[i] = new Thread(new Test("士兵" + i, barrier));
threads[i].start();
}
}

}

打印结果：

集合

士兵5: done士兵7: done士兵8: done士兵3: done士兵4: done士兵1: done士兵6: done士兵2: done士兵0: done士兵9: done10个任务完成

1.7 LockSupport

提供线程阻塞原语

和suspend类似

LockSupport.park();
LockSupport.unpark(t1);

与suspend相比不容易引起线程冻结

LockSupport的思想呢，和Semaphore有点相似，内部有一个许可，park的时候拿掉这个许可，unpark的时候申请这个许可。所以如果unpark在park之前，是不会发生线程冻结的。

下面的代码是[高并发Java 二] 多线程基础中suspend示例代码，在使用suspend时会发生死锁。

而使用LockSupport则不会发生死锁。

另外

park()能够响应中断，但不抛出异常。中断响应的结果是，park()函数的返回，可以从Thread.interrupted()得到中断标志。

在JDK当中有大量地方使用到了park，当然LockSupport的实现也是使用unsafe.park()来实现的。

public static void park() { unsafe.park(false, 0L);
}

1.8 ReentrantLock 的实现

下面来介绍下ReentrantLock的实现，ReentrantLock的实现主要由3部分组成：

• CAS状态

• 等待队列

• park()

ReentrantLock的父类中会有一个state变量来表示同步的状态

• /**


• * The synchronization state.


• */


• private volatile int state;



通过CAS操作来设置state来获取锁，如果设置成了1，则将锁的持有者给当前线程

• final void lock() { if (compareAndSetState(0, 1))


• setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); else


• acquire(1);


• }



如果拿锁不成功，则会做一个申请

• public final void acquire(int arg) { if (!tryAcquire(arg) &&


• acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))


• selfInterrupt();


• }



首先，再去申请下试试看tryAcquire，因为此时可能另一个线程已经释放了锁。

如果还是没有申请到锁，就addWaiter，意思是把自己加到等待队列中去

其间还会有多次尝试去申请锁，如果还是申请不到，就会被挂起

• private final boolean parkAndCheckInterrupt() {


• LockSupport.park(this); return Thread.interrupted();


• }



同理，如果在unlock操作中，就是释放了锁，然后unpark，这里就不具体讲了。

2. 并发容器及典型源码分析

2.1ConcurrentHashMap

我们知道HashMap不是一个线程安全的容器，最简单的方式使HashMap变成线程安全就是使用Collections.synchronizedMap，它是对HashMap的一个包装

• public static Map m=Collections.synchronizedMap(new HashMap());



同理对于List，Set也提供了相似方法。

但是这种方式只适合于并发量比较小的情况。

我们来看下synchronizedMap的实现

它会将HashMap包装在里面，然后将HashMap的每个操作都加上synchronized。

由于每个方法都是获取同一把锁(mutex)，这就意味着，put和remove等操作是互斥的，大大减少了并发量。

下面来看下ConcurrentHashMap是如何实现的

在ConcurrentHashMap内部有一个Segment段，它将大的HashMap切分成若干个段（小的HashMap），然后让数据在每一段上Hash，这样多个线程在不同段上的Hash操作一定是线程安全的，所以只需要同步同一个段上的线程就可以了，这样实现了锁的分离，大大增加了并发量。

在使用ConcurrentHashMap.size时会比较麻烦，因为它要统计每个段的数据和，在这个时候，要把每一个段都加上锁，然后再做数据统计。这个就是把锁分离后的小小弊端，但是size方法应该是不会被高频率调用的方法。

在实现上，不使用synchronized和lock.lock而是尽量使用trylock，同时在HashMap的实现上，也做了一点优化。这里就不提了。

2.2BlockingQueue

BlockingQueue不是一个高性能的容器。但是它是一个非常好的共享数据的容器。是典型的生产者和消费者的实现。

‘陆’ 线程池中空闲的线程处于什么状态

一:阻塞状态,线程并没有销毁,也没有得到CPU时间片执行;

源码追踪:
for (;;) {
...
workQueue.take();
...
}
public E take()...{
...
while (count.get() == 0) { / /这里就是任务队列中的消息数量
notEmpty.await();
}
...
}

public final void await()...{
...
LockSupport.park(this);

...
}

继续往下:
public static void park(Object blocker) {
Thread t = Thread.currentThread();
setBlocker(t, blocker);
U.park(false, 0L);
setBlocker(t, null);
}

private static final sun.misc.Unsafe U = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();

//线程调用该方法，线程将一直阻塞直到超时，或者是中断条件出现。

public native void park(boolean isAbsolute, long time);
上面就是java11线程池中阻塞的源码追踪;

二.对比object的wait()方法:
@FastNative
public final native void wait(long timeout, int nanos) throws InterruptedException;
还有Thread的sleep() 方法:
@FastNative
private static native void sleep(Object lock, long millis, int nanos)throws...;
可见,线程池中使用的阻塞方式并不是Object中的wait(),也不是Thread.sleep() ;

这3个方法最终实现都是通过c&c++实现的native方法.

三.在<<Java虚拟机(第二版)>>中,对线程状态有以下介绍:
12.4.3状态转换
Java语言定义了5种线程状态，在任意一个时间点，一个线程只能有且只有其中的一种
状态，这5种状态分别如下。
1)新建（New）：创建后尚未启动的线程处于这种状态。
2)运行（Runable）：Runable包括了操作系统线程状态中的Running和Ready，也就是处于此
状态的线程有可能正在执行，也有可能正在等待着CPU为它分配执行时间。
3)无限期等待（Waiting）：处于这种状态的线程不会被分配CPU执行时间，它们要等待被
其他线程显式地唤醒。以下方法会让线程陷入无限期的等待状态：
●没有设置Timeout参数的Object.wait（）方法。
●没有设置Timeout参数的Thread.join（）方法。
●LockSupport.park（）方法。
4)限期等待（Timed Waiting）：处于这种状态的线程也不会被分配CPU执行时间，不过无
须等待被其他线程显式地唤醒，在一定时间之后它们会由系统自动唤醒。以下方法会让线程
进入限期等待状态：
●Thread.sleep（）方法。
●设置了Timeout参数的Object.wait（）方法。
●设置了Timeout参数的Thread.join（）方法。
●LockSupport.parkNanos（）方法。
●LockSupport.parkUntil（）方法。
5)阻塞（Blocked）：线程被阻塞了，“阻塞状态”与“等待状态”的区别是：“阻塞状态”在等
待着获取到一个排他锁，这个事件将在另外一个线程放弃这个锁的时候发生；而“等待状
态”则是在等待一段时间，或者唤醒动作的发生。在程序等待进入同步区域的时候，线程将
进入这种状态。
结束（Terminated）：已终止线程的线程状态，线程已经结束执行。