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[Java教程]Java并发包源码学习之AQS框架(三)LockSupport和interrupt


接着上一篇文章今天我们来介绍下LockSupport和Java中线程的中断(interrupt)

其实除了LockSupport,Java之初就有Object对象的wait和notify方法可以实现线程的阻塞和唤醒。那么它们的区别 是什么呢?

主要的区别应该说是它们面向的对象不同。阻塞和唤醒是对于线程来说的,LockSupport的park/unpark更符合这个语义,以“线程”作为方法的参数, 语义更清晰,使用起来也更方便。而wait/notify的实现使得“线程”的阻塞/唤醒对线程本身来说是被动的,要准确的控制哪个线程、什么时候阻塞/唤醒很困难, 要不随机唤醒一个线程(notify)要不唤醒所有的(notifyAll)。

park-vs-wait.png

wait/notify最典型的例子应该就是生产者/消费者了:

class BoundedBuffer1 {  private int contents;  final Object[] items = new Object[100];  int putptr, takeptr, count;  public synchronized void put(Object x) {    while (count == items.length) {      try {        wait();      } catch (InterruptedException e) {      }    }    items[putptr] = x;    if (++putptr == items.length)      putptr = 0;    ++count;    notifyAll();  }  public synchronized Object take() {    while (count == 0) {      try {        wait();      } catch (InterruptedException e) {      }    }    Object x = items[takeptr];    if (++takeptr == items.length)      takeptr = 0;    --count;    notifyAll();    return x;  }  public static class Producer implements Runnable {    private BoundedBuffer1 q;    Producer(BoundedBuffer1 q) {      this.q = q;      new Thread(this, "Producer").start();    }    int i = 0;    public void run() {      int i = 0;      while (true) {        q.put(i++);      }    }  }  public static class Consumer implements Runnable {    private BoundedBuffer1 q;    Consumer(BoundedBuffer1 q) {      this.q = q;      new Thread(this, "Consumer").start();    }    public void run() {      while (true) {        System.out.println(q.take());      }    }  }  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {    final BoundedBuffer1 buffer = new BoundedBuffer1();    new Thread(new Producer(buffer)).start();    new Thread(new Consumer(buffer)).start();  }}

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上面的例子中有一点需要知道,在调用对象的wait之前当前线程必须先获得该对象的监视器(synchronized),被唤醒之后需要重新获取到监视器才能继续执行。

//wait会先释放当前线程拥有的监视器obj.wait();//会re-acquire监视器

LockSupport并不需要获取对象的监视器。LockSupport机制是每次unpark给线程1个“许可”——最多只能是1,而park则相反,如果当前 线程有许可,那么park方法会消耗1个并返回,否则会阻塞线程直到线程重新获得许可,在线程启动之前调用park/unpark方法没有任何效果。

// 1次unpark给线程1个许可LockSupport.unpark(Thread.currentThread());// 如果线程非阻塞重复调用没有任何效果LockSupport.unpark(Thread.currentThread());// 消耗1个许可LockSupport.park(Thread.currentThread());// 阻塞LockSupport.park(Thread.currentThread());

因为它们本身的实现机制不一样,所以它们之间没有交集,也就是说LockSupport阻塞的线程,notify/notifyAll没法唤醒。

实际上现在很少能看到直接用wait/notify的代码了,即使生产者/消费者也基本都会用LockCondition来实现,我会在后面《Java并发包源码学习之AQS框架(五)ConditionObject源码分析》 文章中再回头看这个例子。

总结下LockSupportpark/unparkObjectwait/notify

  • 面向的对象不同;
  • 跟Object的wait/notify不同LockSupport的park/unpark不需要获取对象的监视器;
  • 实现的机制不同,因此两者没有交集。

虽然两者用法不同,但是有一点,LockSupport的park和Object的wait一样也能响应中断。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  final Thread t = new Thread(new Runnable() {    @Override    public void run() {      LockSupport.park();      System.out.println("thread " + Thread.currentThread().getId() + " awake!");    }  });  t.start();  Thread.sleep(3000);  // 2. 中断  t.interrupt();}

thread 9 awake!

在我之前的一篇博客“如何正确停止一个线程”有介绍过Thread.interrupt()

Thread.interrupt()方法不会中断一个正在运行的线程。这一方法实际上完成的是,在线程受到阻塞时抛出一个中断信号,这样线程就得以退出阻塞的状态。更确切的说,如果线程被Object.wait, Thread.join和Thread.sleep三种方法之一阻塞,那么,它将接收到一个中断异常(InterruptedException),从而提早地终结被阻塞状态。

LockSupport.park()也能响应中断信号,但是跟Thread.sleep()不同的是它不会抛出InterruptedException, 那怎么知道线程是被unpark还是被中断的呢,这就依赖线程的interrupted status,如果线程是被中断退出阻塞的那么该值被设置为true, 通过Thread的interruptedisInterrupted方法都能获取该值,两个方法的区别是interrupted获取后会Clear,也就是将interrupted status重新置为false。

AQS和Java线程池中都大量用到了中断,主要的作用是唤醒线程、取消任务和清理(如ThreadPoolExecutor的shutdown方法),AQS中的acquire方法也有中断和不可中断两种。 其中对于InterruptedException如何处理最重要的一个原则就是Don't swallow interrupts,一般两种方法:

  • 继续设置interrupted status
  • 抛出新的InterruptedException
try {  ………} catch (InterruptedException e) {  // Restore the interrupted status  Thread.currentThread().interrupt();  // or thow a new  //throw new InterruptedException();}

AQS的acquire就用到了第一种方法。

关于InterruptedException处理的最佳实践可以看IBM的这篇文章。

最后按照惯例做下引申。上面BoundedBuffer1类的puttake方法中的wait为什么要放在一个while循环里呢? 你如果去看Object.wait()方法的Javadoc的话会发现官方也是建议下面这样的用法:

synchronized (obj) {  while (<condition does not hold>)    ……    obj.wait();  ……}

StackOverflow上有一个问题里一个叫xagyg的回答解释的比较清楚,有兴趣的可以看下。 简单来说因为:

wait前会释放监视器,被唤醒后又要重新获取,这瞬间可能有其他线程刚好先获取到了监视器,从而导致状态发生了变化, 这时候用while循环来再判断一下条件(比如队列是否为空)来避免不必要或有问题的操作。 这种机制还可以用来处理伪唤醒(spurious wakeup),所谓伪唤醒就是no reason wakeup,对于LockSupport.park()来说就是除了unparkinterrupt之外的原因。

LockSupport也会有同样的问题,所以看AQS的源码会发现很多地方都有这种re-check的思路,我们下一篇文就来看下AbstractQueuedSynchronizer类的源码。