探索Java并发编程利器:LockSupport,一种高效的线程阻塞与唤醒机制

简介: LockSupport 是 Java SE 9 及以上版本中引入的一个线程同步工具类,用于支持同步方法,提供了多种同步机制.LockSupport 所有的方法都是静态方法,可以让线程在任意位置阻塞,阻塞之后也有对应的唤醒方法。LockSupport 底层调用的是Unsafe中的native代码。java.util.concurrent并发包下很多并发类的底层加锁都是基于LockSupport,如ReentrantLock、CountDownLatch、ParkableLazyDeque 等。
关于作者:CSDN内容合伙人、技术专家, 从零开始做日活千万级APP。
专注于分享各领域原创系列文章 ,擅长java后端、移动开发、人工智能等,希望大家多多支持。

一、导读

我们继续总结学习Java基础知识,温故知新。

二、概览

LockSupport 是 Java SE 9 及以上版本中引入的一个线程同步工具类,用于支持同步方法,提供了多种同步机制.

LockSupport 所有的方法都是静态方法,可以让线程在任意位置阻塞,阻塞之后也有对应的唤醒方法。
LockSupport 底层调用的是Unsafe中的native代码。

java.util.concurrent并发包下很多并发类的底层加锁都是基于LockSupport,如ReentrantLock、CountDownLatch、ParkableLazyDeque 等。

三、用法

LockSupport 类中最常用的方法是 Park() 和 Unpark() 方法,分别用于阻塞和唤醒线程。


       Thread a = new Thread(() -> {

           System.out.println("start " + Thread.currentThread().getName());
           int resule = 0;
           for(int i = 0; i < 10; i ++) {
               resule += i;
           }
           // 阻塞线程
           LockSupport.park();
           System.out.println(resule);

       }, "a");

       a.start();
       try {
//            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
       } catch (Exception e) {
       }
       
       // 释放,这里不调用的话,上面将一直锁定
       LockSupport.unpark(a);

四、原理

park和unpark都是直接调用了Unsafe的方法,
我们这么理解:这两个方法的原理是基于一个计数器,计数器的值决定了线程的阻塞等待状态。当计数器的值减为 0 时,表示线程可以被唤醒,执行相应的操作。

此外,LockSupport 还提供了一些同步方法,如 Lock 和 Unlock() 方法,用于获取和释放锁。Lock 方法用于获取锁,Unlock() 方法用于释放锁。与 synchronized 关键字不同,Lock 和 Unlock() 方法不需要同时进行,可以在任意一个方法中获取锁,并且可以在任意一个方法中释放锁,因此更加灵活和方便。


    调用park后,此时线程处于waiting的状态
    
    public static void park() {
        UNSAFE.park(false, 0L);
    }
    
    public static void park(Object blocker) {
        // 获取当前线程
        Thread t = Thread.currentThread();
        
        // 设置Blocker
        setBlocker(t, blocker);
        
        // 此后,当前线程就已经阻塞了,后面的函数无法运行,直至unpark函数被调用
        UNSAFE.park(false, 0L);
        
        //unpark函数被调用后,继续执行,如果没有第二个setBlocker,那么之后没有调用park(Object blocker),
        //而直接调用getBlocker函数,得到的还是前一个park(Object blocker)设置的blocker,显然是不符合逻辑的
        setBlocker(t, null);
    }
    
    public static void unpark(Thread thread) {
        if (thread != null)
           UNSAFE.unpark(thread);
    }

Unsafe.java


    public native void unpark(Object var1);

    public native void park(boolean var1, long var2);

五、线程等待和唤醒的方法

5.1 LockSupport.park()

    // Hotspot implementation via intrinsics API
    private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
    
    static {
        try {
            UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
            
        } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
    }

Thread.sleep()和LockSupport.park()的区别

Thread.sleep()和LockSupport.park() 都是阻塞当前线程的执行,
都 不会 释放 当前线程占有的锁资源;

  • Thread.sleep()没法从外部唤醒,只能自己醒过来;本身就是一个native方法;
  • LockSupport.park()方法可以被另一个线程调用LockSupport.unpark()方法唤醒;* 底层是调用的Unsafe的native方法;

Thread.sleep()方法需要捕获中断异常。
LockSupport.park()不需要捕获中断异常。

5.2 Object中的wait()、notify、notifyAll

Object类中的wait、notify、notifyAll用于线程等待和唤醒的方法,都必须在sychronized内部执行

Object.wait()原理

在 Object.wait() 方法中,首先使用 synchronized 关键字锁定当前对象,然后调用 Object.wait() 方法等待另一个线程执行完毕并返回一个 Future 对象。在等待过程中,当前线程会一直阻塞,直到另一个线程执行完毕并返回一个 Future 对象。当等待线程执行完毕后,Future 对象的 get() 方法将返回等待线程的结果。因此,在使用 Object.wait() 方法时,需要确保等待线程已经执行完毕,否则可能会导致死锁等问题。

5.3 Condition的await()方法

Java中的Condition是java.util.concurrent.locks包下的一个接口,它主要用于在多线程环境中控制线程的等待和唤醒。

线程需要获得并持有锁,必须在锁块(synchronized或lock中)
必须要先等待后唤醒,线程才能够被唤醒。

5.4 Thread.sleep()和Object.wait()的区别

Thread.sleep()不会释放锁资源,到时间了会自动唤醒,然后继续执行;
Object.wait()会释放锁资源。需要另一个线程使用Object.notify()唤醒

5.5 Object.wait()和LockSupport.park()的区别

二者都会阻塞当前线程的运行。

  • Object.wait()方法需要在synchronized块中执行;
  • LockSupport.park()可以在任意地方执行;
  • Object.wait()方法需要捕获中断异常。
  • LockSupport.park()不需要捕获中断异常。
  • Object.wait()不带超时的,需要另一个线程执行notify()来唤醒,但不一定继续执行后续内容;
  • LockSupport.park()不带超时的,需要另一个线程执行unpark()来唤醒,一定会继续执行后续内容;

5.6 Object.wait()和Condition.await()的区别

Object.wait()和Condition.await()的原理是基本一致的,不同的是Condition.await()底层是调用LockSupport.park()来实现阻塞当前线程的。

5.7 java中,notify/wait等方法为什么要在同步代码块中执行

同步代码块通常由 synchronized 关键字修饰
在Java中,notify() 和 wait() 方法通常用于实现线程之间的通信和同步。这些方法通常在同步代码块中执行,以确保线程安全和原子性。
在同步代码块中执行 notify() 和 wait() 方法可以确保线程安全和原子性,因为它们可以保证在同一时刻只有一个线程可以执行这些方法。如果在非同步代码块中执行这些方法,则可能会导致竞争条件和死锁等问题。

5.8 如果在wait()之前执行了notify()会怎样?

如果当前的线程不是此对象锁的所有者,却调用该对象的notify()或wait()方法时抛出IllegalMonitorStateException异常;
如果当前线程是此对象锁的所有者,wait()将一直阻塞,因为后续将没有其它notify()唤醒它。

5.8 如果在park()之前执行了unpark()会怎样?

线程不会被阻塞,直接跳过park(),继续执行后续内容,大家可以自己尝试下


        Thread a = new Thread(() -> {

            System.out.println("start " + Thread.currentThread().getName());
            int resule = 0;
            for(int i = 0; i < 10; i ++) {
                resule += i;
            }
            LockSupport.park();
            System.out.println(resule);

        }, "a");

        try {
//            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
        } catch (Exception e) {
        }
        LockSupport.unpark(a);
        a.start();
        LockSupport.unpark(a);

六、 推荐阅读

Java 专栏

[SQL 专栏]

[数据结构与算法]

[Android学习专栏]

相关文章
|
5天前
|
安全 Java 开发者
深入解读JAVA多线程:wait()、notify()、notifyAll()的奥秘
在Java多线程编程中,`wait()`、`notify()`和`notifyAll()`方法是实现线程间通信和同步的关键机制。这些方法定义在`java.lang.Object`类中,每个Java对象都可以作为线程间通信的媒介。本文将详细解析这三个方法的使用方法和最佳实践,帮助开发者更高效地进行多线程编程。 示例代码展示了如何在同步方法中使用这些方法,确保线程安全和高效的通信。
25 9
|
5天前
|
监控 安全 Java
Java中的多线程编程:从入门到实践####
本文将深入浅出地探讨Java多线程编程的核心概念、应用场景及实践技巧。不同于传统的摘要形式,本文将以一个简短的代码示例作为开篇,直接展示多线程的魅力,随后再详细解析其背后的原理与实现方式,旨在帮助读者快速理解并掌握Java多线程编程的基本技能。 ```java // 简单的多线程示例:创建两个线程,分别打印不同的消息 public class SimpleMultithreading { public static void main(String[] args) { Thread thread1 = new Thread(() -> System.out.prin
|
7天前
|
安全 Java
Java多线程集合类
本文介绍了Java中线程安全的问题及解决方案。通过示例代码展示了使用`CopyOnWriteArrayList`、`CopyOnWriteArraySet`和`ConcurrentHashMap`来解决多线程环境下集合操作的线程安全问题。这些类通过不同的机制确保了线程安全,提高了并发性能。
|
8天前
|
Java
java小知识—进程和线程
进程 进程是程序的一次执行过程,是系统运行的基本单位,因此进程是动态的。系统运行一个程序即是一个进程从创建,运行到消亡的过程。简单来说,一个进程就是一个执行中的程序,它在计算机中一个指令接着一个指令地执行着,同时,每个进程还占有某些系统资源如CPU时间,内存空间,文件,文件,输入输出设备的使用权等等。换句话说,当程序在执行时,将会被操作系统载入内存中。 线程 线程,与进程相似,但线程是一个比进程更小的执行单位。一个进程在其执行的过程中产生多个线程。与进程不同的是同类的多个线程共享同一块内存空间和一组系统资源,所以系统在产生一个线程,或是在各个线程之间做切换工作时,负担要比
19 1
|
6月前
|
安全 Java
深入理解Java并发编程:线程安全与性能优化
【2月更文挑战第22天】在Java并发编程中,线程安全和性能优化是两个重要的主题。本文将深入探讨这两个主题,包括线程安全的基本概念,如何实现线程安全,以及如何在保证线程安全的同时进行性能优化。
58 0
|
6月前
|
存储 安全 Java
深入理解Java并发编程:线程安全与锁机制
【5月更文挑战第31天】在Java并发编程中,线程安全和锁机制是两个核心概念。本文将深入探讨这两个概念,包括它们的定义、实现方式以及在实际开发中的应用。通过对线程安全和锁机制的深入理解,可以帮助我们更好地解决并发编程中的问题,提高程序的性能和稳定性。
|
3月前
|
存储 安全 Java
解锁Java并发编程奥秘:深入剖析Synchronized关键字的同步机制与实现原理,让多线程安全如磐石般稳固!
【8月更文挑战第4天】Java并发编程中,Synchronized关键字是确保多线程环境下数据一致性与线程安全的基础机制。它可通过修饰实例方法、静态方法或代码块来控制对共享资源的独占访问。Synchronized基于Java对象头中的监视器锁实现,通过MonitorEnter/MonitorExit指令管理锁的获取与释放。示例展示了如何使用Synchronized修饰方法以实现线程间的同步,避免数据竞争。掌握其原理对编写高效安全的多线程程序极为关键。
64 1
|
4月前
|
安全 Java 开发者
Java并发编程中的线程安全问题及解决方案探讨
在Java编程中,特别是在并发编程领域,线程安全问题是开发过程中常见且关键的挑战。本文将深入探讨Java中的线程安全性,分析常见的线程安全问题,并介绍相应的解决方案,帮助开发者更好地理解和应对并发环境下的挑战。【7月更文挑战第3天】
92 0
|
5月前
|
安全 Java 开发者
Java并发编程中的线程安全策略
在现代软件开发中,Java语言的并发编程特性使得多线程应用成为可能。然而,随着线程数量的增加,如何确保数据的一致性和系统的稳定性成为开发者面临的挑战。本文将探讨Java并发编程中实现线程安全的几种策略,包括同步机制、volatile关键字的使用、以及java.util.concurrent包提供的工具类,旨在为Java开发者提供一系列实用的方法来应对并发问题。
45 0
|
6月前
|
安全 Java 容器
Java一分钟之-并发编程:线程安全的集合类
【5月更文挑战第19天】Java提供线程安全集合类以解决并发环境中的数据一致性问题。例如,Vector是线程安全但效率低;可以使用Collections.synchronizedXxx将ArrayList或HashMap同步;ConcurrentHashMap是高效线程安全的映射;CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet适合读多写少场景;LinkedBlockingQueue是生产者-消费者模型中的线程安全队列。注意,过度同步可能影响性能,应尽量减少共享状态并利用并发工具类。
64 2