AQS阻塞唤醒工具LockSupport

LockSupport在JDK源码中描述为：构建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语，构建更高级别的同步工具集。LockSupport提供的park/unpark从线程的粒度上进行阻塞和唤醒，park/unpark模型真正解耦了线程之间的同步，线程之间不再需要一个Object或者其它变量来存储状态。

本文从阻塞唤醒的语义入手，解释LockSupport的内在机制和注意点，最后与Object的wait和notify做对比，包括以下内容：

• 阻塞和唤醒的语义
• 许可机制
• 底层实现
• 用法
• 与Object的wait和notify区别

阻塞的语义

阻塞是线程在满足某种条件之前暂时停止运行，而被动释放出CPU资源。进入该状态的线程不会主动进入线程队列等待CPU资源，而需要等待满足条件后被唤醒，才能让该线程重新进入到线程队列中排队等待CPU资源。一般造成线程阻塞的原因有：等待获取一个已经被其他线程持有的排他锁、等待某一操作结束、等待某一个时间段。线程阻塞后会被挂起，此时会处于BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING。线程阻塞后会让出CPU资源，这是为避免在自旋上浪费过多的CPU资源，是忙等待（busy wait）的一种优化。

许可机制

LockSupport通过“许可”（permit）机制，使用park/unpark实现线程的阻塞和唤醒。许可是指允许线程继续执行，是线程执行的开关，当开关关闭时，线程会阻塞，当开关打开时，线程会立即执行。

park意指线程在获取许可之前会暂停执行（阻塞在获取许可）。这里的“许可”与线程相关联，类似二元信号量，不可叠加且一个线程只能有一个。有些文章描述“许可”是一次性的，例如当线程A调用park消耗掉一个“许可”（最多只有一个“许可”），在未调用unpark释放出线程A的该“许可”之前，线程A再次调用park时会阻塞在获取“许可”。下文引自Understanding JVM Thread States

there can be only one permit per thread, when thread consumes the permit, it disappears.

出于线程调度的目的，调用park时会阻塞直到许可可用时。如果许可可用，调用park就会立即返回。当前线程就会阻塞，直到调用 unpark 方法，释放出许可。由于许可是默认被占用的，当前线程在启动后调用 park 的话就获取不到许可，因此就进入阻塞状态。

底层实现

LockSupport是使用Unsafe的park实现的，HotSpot Parker用condition和mutex维护了一个_counter变量，park时，变量_counter置为0，unpark时，变量_counter置为1。park操作检查该值是否为1，为1直接返回；不为1，则阻塞。

用法

看到一个关于park/unpark通俗易懂的的例子，代码如下：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
　　Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
　　　　@Override
　　　　public void run() {
　　　　　　System.out.println("周末了我在打游戏");
　　　　　　LockSupport.park();
　　　　　　System.out.println("陪女朋友逛逛街");
　　　　}
　　});
　　threadA.start();
　　Thread.sleep(3000);
　　System.out.println("女朋友准备要喊男朋友逛街");
　　LockSupport.unpark(threadA);
}

在第6行park执行操作时，线程尝试获取许可，由于线程threadA在启动后默认已经获取了许可，park必须等待许可释放后才可以执行。当主线程调用unpark方法释放threadA的许可，threadA才可以继续执行第7行。 

与wait和notify区别

park/unpark与wati/notify都提供阻塞唤醒的功能，用做线程间同步，不过两者 的粒度不同，park/unpark作用在线程上，而wait/notify作用在对象上，二者没有交集。Object的wait/notify使用前必须获取对象的监视器，而park/unpark不需要。

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参考

1. Java的LockSupport.park()实现分析
2. java线程阻塞中断和LockSupport的常见问题
3. 多线程之Java线程阻塞与唤醒
4. Understanding JVM Thread States
5. java并发包系列—LockSupport
6. Java并发包源码学习之AQS框架（三）LockSupport和interrupt