LockSupport

原创
2018/02/11 11:52
阅读数 243

java.util.concurrent.locks.LockSupport

private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
static {
    try {
        UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
        Class<?> tk = Thread.class;
        parkBlockerOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
            (tk.getDeclaredField("parkBlocker"));
        SEED = UNSAFE.objectFieldOffset
            (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomSeed"));
        PROBE = UNSAFE.objectFieldOffset
            (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomProbe"));
        SECONDARY = UNSAFE.objectFieldOffset
            (tk.getDeclaredField("threadLocalRandomSecondarySeed"));
    } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}

sun.misc.Unsafe#getUnsafe

public static Unsafe getUnsafe() {
    Class var0 = Reflection.getCallerClass();
    if (!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) {
        throw new SecurityException("Unsafe");
    } else {
        return theUnsafe;
    }
}

unpark函数为线程提供“许可(permit)”,线程调用park函数则等待“许可”

这个有点像信号量,但是这个“许可”是不能叠加的,“许可”是一次性的

注意,unpark函数可以先于park调用。比如线程B调用unpark函数,给线程A发了一个“许可”,那么当线程A调用park时,它发现已经有“许可”了,那么它会马上再继续运行

这一点,也恰巧是park/unpark的灵活的地方。可以解决多种场景应用。

有点类似,容量为1的信号量

一个线程它有可能在别的线程unPark之前,或者之后,或者同时调用了park,那么因为park的特性,它可以不用担心自己的park的时序问题,否则,如果park必须要在unpark之前,那么给编程带来很大的麻烦!!

Java线程对象中(vm中对应的Java线程对象,C++),有一个Parker类

class Parker : public os::PlatformParker {  
private:  
  volatile int _counter ;  
  ...  
public:  
  void park(bool isAbsolute, jlong time);  
  void unpark();  
  ...  
}  
class PlatformParker : public CHeapObj<mtInternal> {  
  protected:  
    pthread_mutex_t _mutex [1] ;  
    pthread_cond_t  _cond  [1] ;  
    ...  
}
  • pthread_mutex_t
    • Posix的mutex
  • pthread_cond_t
    • Posix的condition
  • _counter
    • volatile
    • 记录“许可”数量
    • park时,尝试直接拿到“许可”
      • _counter > 0,则更新为0,并返回
void Parker::park(bool isAbsolute, jlong time) {  
  // Ideally we'd do something useful while spinning, such  
  // as calling unpackTime().  
  
  
  // Optional fast-path check:  
  // Return immediately if a permit is available.  
  // We depend on Atomic::xchg() having full barrier semantics  
  // since we are doing a lock-free update to _counter.  
  
  if (Atomic::xchg(0, &_counter) > 0) return;  

利用了原子化更新

如果不成功:

ThreadBlockInVM tbivm(jt);  
if (_counter > 0)  { // no wait needed  
  _counter = 0;  
  status = pthread_mutex_unlock(_mutex);  

则更新_counter为0,并加上互斥锁

再需要判断是否需要等待时间

if (time == 0) {  
  status = pthread_cond_wait (_cond, _mutex) ;  
}  
_counter = 0 ;  
status = pthread_mutex_unlock(_mutex) ;  
assert_status(status == 0, status, "invariant") ;  
OrderAccess::fence();  

利用pthread_cond_wait进行等待。 在pthread_mutex_unlock后,断言检查status状态

unpark时,如果_counter为1,则释放互斥锁,再放回。 如果为0,说明之前线程是占用“许可”的。那就有可能其他线程正在等待。 所以在0的时候,还需要额外唤醒在等待的线程pthread_cond_signal

void Parker::unpark() {  
  int s, status ;  
  status = pthread_mutex_lock(_mutex);  
  assert (status == 0, "invariant") ;  
  s = _counter;  
  _counter = 1;  
  if (s < 1) {  
     if (WorkAroundNPTLTimedWaitHang) {  
        status = pthread_cond_signal (_cond) ;  
        assert (status == 0, "invariant") ;  
        status = pthread_mutex_unlock(_mutex);  
        assert (status == 0, "invariant") ;  
     } else {  
        status = pthread_mutex_unlock(_mutex);  
        assert (status == 0, "invariant") ;  
        status = pthread_cond_signal (_cond) ;  
        assert (status == 0, "invariant") ;  
     }  
  } else {  
    pthread_mutex_unlock(_mutex);  
    assert (status == 0, "invariant") ;  
  }  
}  

简而言之,是用mutex和condition保护了一个_counter的变量,当park时,这个变量置为了0,当unpark时,这个变量置为1

值得注意的是在park函数里,调用pthread_cond_wait时,并没有用while来判断,所以posix condition里的"Spurious wakeup"一样会传递到上层Java的代码里。

if (time == 0) {  
  status = pthread_cond_wait (_cond, _mutex) ;  
}

Java文档中

  • Some other thread invokes unpark with the current thread as the target; or
  • Some other thread interrupts the current thread; or
  • The call spuriously (that is, for no reason) returns.

mutex和condition实际上是绑定在一起的,一个condition只能对应一个mutex。在Java的代码里,Condition对象只能通过lock.newCondition()的函数来获取。

  • 伪唤醒
    • Spurious wakeup

所谓的spurious wakeup,指的是一个线程调用pthread_cond_signal(),却有可能不止一个线程被唤醒。为什么会出现这种情况?wiki和其它的一些文档都只是说在多核的情况下,简化实现允许出现这种spurious wakeup

先unlock再signal,这有个好处,就是调用enqueue_msg的线程可以再次参与mutex的竞争中,这样意味着可以连续放入多个消息,这个可能会提高效率。类似Java里ReentrantLock的非公平模式。 网上有些文章说,先singal再unlock,有可能会出现一种情况是被singal唤醒的线程会因为不能马上拿到mutex(还没被释放),从而会再次休眠,这样影响了效率。

从而会有一个叫“wait morphing”优化,就是如果线程被唤醒但是不能获取到mutex,则线程被转移(morphing)到mutex的等待队列里。

引用:

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