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java高并发系列 - 第14天:JUC中的LockSupport工具类,必备技能

java高并发系列第14篇文章


本文主要内容:

  1. 讲解3种让线程等待和唤醒的方法,每种方法配合具体的示例

  2. 介绍LockSupport主要用法

  3. 对比3种方式,了解他们之间的区别

LockSupport位于java.util.concurrent简称juc)包中,算是juc中一个基础类,juc中很多地方都会使用LockSupport,非常重要,希望大家一定要掌握。

关于线程等待/唤醒的方法,前面的文章中我们已经讲过2种了:

  1. 方式1:使用Object中的wait()方法让线程等待,使用Object中的notify()方法唤醒线程

  2. 方式2:使用juc包中Condition的await()方法让线程等待,使用signal()方法唤醒线程

这2种方式,我们先来看一下示例。

使用Object类中的方法实现线程等待和唤醒

示例1:

		        
package com.itsoku.chat10;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Demo1 {

    static Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " start!");
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " 被唤醒!");
            }
        });
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        //休眠5秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        synchronized (lock) {
            lock.notify();
        }
    }
}
		      

输出:

1563592938744,t1 start!
1563592943745,t1 被唤醒!

t1线程中调用 lock.wait()方法让t1线程等待,主线程中休眠5秒之后,调用 lock.notify()方法唤醒了t1线程,输出的结果中,两行结果相差5秒左右,程序正常退出。

示例2

我们把上面代码中main方法内部改一下,删除了 synchronized关键字,看看有什么效果:

	        
package com.itsoku.chat10;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Demo2 {

    static Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " start!");
            try {
                lock.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " 被唤醒!");
        });
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        //休眠5秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        lock.notify();
    }
}
	      

运行结果:

Exception in thread "t1" java.lang.IllegalMonitorStateException
1563593178811,t1 start!
    at java.lang.Object.wait(Native Method)
    at java.lang.Object.wait(Object.java:502)
    at com.itsoku.chat10.Demo2.lambda$main$0(Demo2.java:16)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
Exception in thread "main" java.lang.IllegalMonitorStateException
    at java.lang.Object.notify(Native Method)
    at com.itsoku.chat10.Demo2.main(Demo2.java:26)

上面代码中将synchronized去掉了,发现调用wait()方法和调用notify()方法都抛出了 IllegalMonitorStateException异常,原因:Object类中的wait、notify、notifyAll用于线程等待和唤醒的方法,都必须在同步代码中运行(必须用到关键字synchronized)

示例3

唤醒方法在等待方法之前执行,线程能够被唤醒么?代码如下:


	        
package com.itsoku.chat10;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Demo3 {

    static Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (lock) {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " start!");
                try {
                    //休眠3秒
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " 被唤醒!");
            }
        });
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        //休眠1秒之后唤醒lock对象上等待的线程
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        synchronized (lock) {
            lock.notify();
        }
        System.out.println("lock.notify()执行完毕");
    }
}
	      

运行代码,输出结果:

lock.notify()执行完毕
1563593869797,t1 start!

输出了上面2行之后,程序一直无法结束,t1线程调用wait()方法之后无法被唤醒了,从输出中可见, notify()方法在 wait()方法之前执行了,等待的线程无法被唤醒了。说明:唤醒方法在等待方法之前执行,线程无法被唤醒。

关于Object类中的用户线程等待和唤醒的方法,总结一下:

  1. wait()/notify()/notifyAll()方法都必须放在同步代码(必须在synchronized内部执行)中执行,需要先获取锁

  2. 线程唤醒的方法(notify、notifyAll)需要在等待的方法(wait)之后执行,等待中的线程才可能会被唤醒,否则无法唤醒

使用Condition实现线程的等待和唤醒

Condition的使用,前面的文章讲过,对这块不熟悉的可以移步:java高并发系列 - 第12天JUC:ReentrantLock重入锁,关于Condition我们准备了3个示例。

示例1

	        
package com.itsoku.chat10;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Demo4 {

    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = lock.newCondition();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " start!");
                try {
                    condition.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " 被唤醒!");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        //休眠5秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        lock.lock();
        try {
            condition.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }

    }
}
	      

输出:

1563594349632,t1 start!
1563594354634,t1 被唤醒!

t1线程启动之后调用 condition.await()方法将线程处于等待中,主线程休眠5秒之后调用 condition.signal()方法将t1线程唤醒成功,输出结果中2个时间戳相差5秒。

示例2

我们将上面代码中的lock.lock()、lock.unlock()去掉,看看会发生什么。代码:


	        
package com.itsoku.chat10;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Demo5 {

    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = lock.newCondition();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " start!");
            try {
                condition.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " 被唤醒!");
        });
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        //休眠5秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        condition.signal();
    }
}
	      

输出:

Exception in thread "t1" java.lang.IllegalMonitorStateException
1563594654865,t1 start!
    at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$Sync.tryRelease(ReentrantLock.java:151)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.release(AbstractQueuedSynchronizer.java:1261)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.fullyRelease(AbstractQueuedSynchronizer.java:1723)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.await(AbstractQueuedSynchronizer.java:2036)
    at com.itsoku.chat10.Demo5.lambda$main$0(Demo5.java:19)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
Exception in thread "main" java.lang.IllegalMonitorStateException
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.signal(AbstractQueuedSynchronizer.java:1939)
    at com.itsoku.chat10.Demo5.main(Demo5.java:29)

有异常发生, condition.await();和 condition.signal();都触发了 IllegalMonitorStateException异常。原因:调用condition中线程等待和唤醒的方法的前提是必须要先获取lock的锁

示例3

唤醒代码在等待之前执行,线程能够被唤醒么?代码如下


	        
package com.itsoku.chat10;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Demo6 {

    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = lock.newCondition();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            lock.lock();
            try {
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " start!");
                try {
                    condition.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " 被唤醒!");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        //休眠5秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        lock.lock();
        try {
            condition.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        System.out.println(System.currentTimeMillis() + ",condition.signal();执行完毕");
    }
}
	      

运行结果:

1563594886532,condition.signal();执行完毕
1563594890532,t1 start!

输出上面2行之后,程序无法结束,代码结合输出可以看出signal()方法在await()方法之前执行的,最终t1线程无法被唤醒,导致程序无法结束。

关于Condition中方法使用总结:

  1. 使用Condtion中的线程等待和唤醒方法之前,需要先获取锁。否者会报 IllegalMonitorStateException异常

  2. signal()方法先于await()方法之前调用,线程无法被唤醒

Object和Condition的局限性

关于Object和Condtion中线程等待和唤醒的局限性,有以下几点:

  1. 2中方式中的让线程等待和唤醒的方法能够执行的先决条件是:线程需要先获取锁

  2. 唤醒方法需要在等待方法之后调用,线程才能够被唤醒

关于这2点,LockSupport都不需要,就能实现线程的等待和唤醒。下面我们来说一下LockSupport类。

LockSupport类介绍

LockSupport类可以阻塞当前线程以及唤醒指定被阻塞的线程。主要是通过park()unpark(thread)方法来实现阻塞和唤醒线程的操作的。

每个线程都有一个许可(permit),permit只有两个值1和0,默认是0。

  1. 当调用unpark(thread)方法,就会将thread线程的许可permit设置成1(注意多次调用unpark方法,不会累加,permit值还是1)。

  2. 当调用park()方法,如果当前线程的permit是1,那么将permit设置为0,并立即返回。如果当前线程的permit是0,那么当前线程就会阻塞,直到别的线程将当前线程的permit设置为1时,park方法会被唤醒,然后会将permit再次设置为0,并返回。

注意:因为permit默认是0,所以一开始调用park()方法,线程必定会被阻塞。调用unpark(thread)方法后,会自动唤醒thread线程,即park方法立即返回。

LockSupport中常用的方法

阻塞线程


  • void park():阻塞当前线程,如果调用unpark方法或者当前线程被中断,从能从park()方法中返回


  • void park(Object blocker):功能同方法1,入参增加一个Object对象,用来记录导致线程阻塞的阻塞对象,方便进行问题排查


  • void parkNanos(long nanos):阻塞当前线程,最长不超过nanos纳秒,增加了超时返回的特性


  • void parkNanos(Object blocker, long nanos):功能同方法3,入参增加一个Object对象,用来记录导致线程阻塞的阻塞对象,方便进行问题排查


  • void parkUntil(long deadline):阻塞当前线程,直到deadline,deadline是一个绝对时间,表示某个时间的毫秒格式


  • void parkUntil(Object blocker, long deadline):功能同方法5,入参增加一个Object对象,用来记录导致线程阻塞的阻塞对象,方便进行问题排查;

唤醒线程

  • void unpark(Thread thread):唤醒处于阻塞状态的指定线程

示例1

主线程线程等待5秒之后,唤醒t1线程,代码如下:


	        
package com.itsoku.chat10;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Demo7 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " start!");
            LockSupport.park();
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " 被唤醒!");
        });
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        //休眠5秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        LockSupport.unpark(t1);
        System.out.println(System.currentTimeMillis() + ",LockSupport.unpark();执行完毕");
    }
}
	      

输出:

1563597664321,t1 start!
1563597669323,LockSupport.unpark();执行完毕
1563597669323,t1 被唤醒

t1中调用 LockSupport.park();让当前线程t1等待,主线程休眠了5秒之后,调用 LockSupport.unpark(t1);将t1线程唤醒,输出结果中1、3行结果相差5秒左右,说明t1线程等待5秒之后,被唤醒了。

LockSupport.park();无参数,内部直接会让当前线程处于等待中;unpark方法传递了一个线程对象作为参数,表示将对应的线程唤醒。

示例2

唤醒方法放在等待方法之前执行,看一下线程是否能够被唤醒呢?代码如下:

	        
package com.itsoku.chat10;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

public class Demo8 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " start!");
            LockSupport.park();
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " 被唤醒!");
        });
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        //休眠1秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        LockSupport.unpark(t1);
        System.out.println(System.currentTimeMillis() + ",LockSupport.unpark();执行完毕");
    }
}
	      

输出:

1563597994295,LockSupport.unpark();执行完毕
1563597998296,t1 start!
1563597998296,t1 被唤醒!

代码中启动t1线程,t1线程内部休眠了5秒,然后主线程休眠1秒之后,调用了 LockSupport.unpark(t1);唤醒线程t1,此时 LockSupport.park();方法还未执行,说明唤醒方法在等待方法之前执行的;输出结果中2、3行结果时间一样,表示 LockSupport.park();没有阻塞了,是立即返回的。

说明:唤醒方法在等待方法之前执行,线程也能够被唤醒,这点是另外2中方法无法做到的。Object和Condition中的唤醒必须在等待之后调用,线程才能被唤醒。而LockSupport中,唤醒的方法不管是在等待之前还是在等待之后调用,线程都能够被唤醒。

示例3

park()让线程等待之后,是否能够响应线程中断?代码如下:


	        
package com.itsoku.chat10;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

public class Demo9 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " start!");
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",park()之前中断标志:" + Thread.currentThread().isInterrupted());
            LockSupport.park();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",park()之后中断标志:" + Thread.currentThread().isInterrupted());
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + " 被唤醒!");
        });
        t1.setName("t1");
        t1.start();
        //休眠5秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        t1.interrupt();

    }
}
	      

输出:

1563598536736,t1 start!
t1,park()之前中断标志:false
t1,park()之后中断标志:true
1563598541736,t1 被唤醒!

t1线程中调用了park()方法让线程等待,主线程休眠了5秒之后,调用 t1.interrupt();给线程t1发送中断信号,然后线程t1从等待中被唤醒了,输出结果中的1、4行结果相差5秒左右,刚好是主线程休眠了5秒之后将t1唤醒了。结论:park方法可以相应线程中断。

LockSupport.park方法让线程等待之后,唤醒方式有2种:

  1. 调用LockSupport.unpark方法

  2. 调用等待线程的 interrupt()方法,给等待的线程发送中断信号,可以唤醒线程

示例4

LockSupport有几个阻塞放有一个blocker参数,这个参数什么意思,上一个实例代码,大家一看就懂了:

	        
package com.itsoku.chat10;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

public class Demo10 {

    static class BlockerDemo {
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            LockSupport.park();
        });
        t1.setName("t1");
        t1.start();

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            LockSupport.park(new BlockerDemo());
        });
        t2.setName("t2");
        t2.start();
    }
}
	      

运行上面代码,然后用jstack查看一下线程的堆栈信息:

"t2" #13 prio=5 os_prio=0 tid=0x00000000293ea800 nid=0x91e0 waiting on condition [0x0000000029c3f000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
        at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
        - parking to wait for  <0x00000007180bfeb0> (a com.itsoku.chat10.Demo10$BlockerDemo)
        at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
        at com.itsoku.chat10.Demo10.lambda$main$1(Demo10.java:22)
        at com.itsoku.chat10.Demo10$$Lambda$2/824909230.run(Unknown Source)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

"t1" #12 prio=5 os_prio=0 tid=0x00000000293ea000 nid=0x9d4 waiting on condition [0x0000000029b3f000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
        at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
        at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:304)
        at com.itsoku.chat10.Demo10.lambda$main$0(Demo10.java:16)
        at com.itsoku.chat10.Demo10$$Lambda$1/1389133897.run(Unknown Source)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

代码中,线程t1和t2的不同点是,t2中调用park方法传入了一个BlockerDemo对象,从上面的线程堆栈信息中,发现t2线程的堆栈信息中多了一行 -parking to waitfor<0x00000007180bfeb0>(a com.itsoku.chat10.Demo10$BlockerDemo),刚好是传入的BlockerDemo对象,park传入的这个参数可以让我们在线程堆栈信息中方便排查问题,其他暂无他用。

LockSupport的其他等待方法,包含有超时时间了,过了超时时间,等待方法会自动返回,让线程继续运行,这些方法在此就不提供示例了,有兴趣的朋友可以自己动动手,练一练。

线程等待和唤醒的3种方式做个对比

到目前为止,已经说了3种让线程等待和唤醒的方法了

  1. 方式1:Object中的wait、notify、notifyAll方法

  2. 方式2:juc中Condition接口提供的await、signal、signalAll方法

  3. 方式3:juc中的LockSupport提供的park、unpark方法

3种方式对比:


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    ewrewr 2021-01-06
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    ewrewr 2021-01-06
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