jdk1.8 Unsafe类 park和unpark方法解析

2024-04-06 16:20:55

park是Unsafe类里的native方法，LockSupport类通过调用Unsafe类的park和unpark提供了几个操作。Unsafe的park方法如下：

public native void park(boolean isAbsolute, long time);

 第一个参数是是否是绝对时间，第二个参数是等待时间值。如果isAbsolute是true则会实现ms定时。如果isAbsolute是false则会实现ns定时。

LockSupport类常用的park方法如下，无参方法

  1. public static void park() {
  2. UNSAFE.park(false, 0L);
  3. }

执行普通的挂起，isAbsolute是false，time是0。三种情况：1.在调用park()之前调用了unpark或者interrupt则park直接返回，不会挂起。2.如果未调用，则park会挂起当前线程。3.park未知原因调用出错则直接返回（一般不会出现）

再看实现ns计时的方法

  1. public static void parkNanos(long nanos) {
  2. if (nanos > 0)
  3. UNSAFE.park(false, nanos);
  4. }

isAbsolute是false，time大于0，则会实现高精度计时。三种情况：1.在调用park()之前调用了unpark或者interrupt则park直接返回，不会挂起。2.如果未调用则会挂起当前线程，但是在挂起time ns时如果未收到唤醒信号也会返回继续执行。3.park未知原因调用出错则直接返回（一般不会出现）

再看实现低精度的ms定时方法

  1. public static void parkUntil(long deadline) {
  2. UNSAFE.park(true, deadline);
  3. }

此时isAbsolute是true，time可以为任意数值。四种情况：1.在调用park()之前调用了unpark或者interrupt则park直接返回，不会挂起。2.如果time <= 0则直接返回。3.如果之前未调用park unpark并且time > 0,则会挂起当前线程，但是在挂起time ms时如果未收到唤醒信号也会返回继续执行。4.park未知原因调用出错则直接返回（一般不会出现）

再看hotspot对应的类

  1. class Parker : public os::PlatformParker {
  2. private:
  3. volatile int _counter ; //计数
  4. Parker * FreeNext ; //指向下一个Parker
  5. JavaThread * AssociatedWith ; // 指向parker所属的线程。
  6.  
  7. public:
  8. Parker() : PlatformParker() {
  9. _counter = 0 ; //初始化为0
  10. FreeNext = NULL ;
  11. AssociatedWith = NULL ;
  12. }
  13. protected:
  14. ~Parker() { ShouldNotReachHere(); }
  15. public:
  16. // For simplicity of interface with Java, all forms of park (indefinite,
  17. // relative, and absolute) are multiplexed into one call.
  18. void park(bool isAbsolute, jlong time);
  19. void unpark();
  20.  
  21. // Lifecycle operators
  22. static Parker * Allocate (JavaThread * t) ;
  23. static void Release (Parker * e) ;
  24. private:
  25. static Parker * volatile FreeList ;
  26. static volatile int ListLock ;
  27.  
  28. };

Unsafe调用的park最终会调用Parker类的park函数，Parker继承了PlatformParker。

  1. class PlatformParker : public CHeapObj<mtInternal> {
  2. protected:
  3. enum {
  4. REL_INDEX = 0,
  5. ABS_INDEX = 1
  6. };
  7. int _cur_index; // 条件变量数组下标，which cond is in use: -1, 0, 1
  8. pthread_mutex_t _mutex [1] ; //pthread互斥锁
  9. pthread_cond_t _cond [2] ; // pthread条件变量数组,一个用于相对时间，一个用于绝对时间。
  10.  
  11. public: // TODO-FIXME: make dtor private
  12. ~PlatformParker() { guarantee (0, "invariant") ; }
  13.  
  14. public:
  15. PlatformParker() {
  16. int status;
  17. status = pthread_cond_init (&_cond[REL_INDEX], os::Linux::condAttr());
  18. assert_status(status == 0, status, "cond_init rel");
  19. status = pthread_cond_init (&_cond[ABS_INDEX], NULL);
  20. assert_status(status == 0, status, "cond_init abs");
  21. status = pthread_mutex_init (_mutex, NULL);
  22. assert_status(status == 0, status, "mutex_init");
  23. _cur_index = -1; // mark as unused
  24. }
  25. };

PlatformParker主要看三个成员变量，_cur_index, _mutex, _cond。其中mutex和cond就是很熟悉的glibc nptl包中符合posix标准的线程同步工具，一个互斥锁一个条件变量。再看thread和Parker的关系，在hotspot的Thread类的NameThread内部类中有一个 Parker成员变量。说明parker是每线程变量，在创建线程的时候就会生成一个parker实例。

  1. // JSR166 per-thread parker
  2. private:
  3.   Parker*    _parker;

再看park的实现

  1. void Parker::park(bool isAbsolute, jlong time) {
  2.  
  3. //原子交换，如果_counter > 0,则将_counter置为0，直接返回，否则_counter为0
  4. if (Atomic::xchg(0, &_counter) > 0) return;
  5. //获取当前线程
  6. Thread* thread = Thread::current();
  7. assert(thread->is_Java_thread(), "Must be JavaThread");
  8. //下转型为java线程
  9. JavaThread *jt = (JavaThread *)thread;
  10.  
  11.  
  12. //如果当前线程设置了中断标志，调用park则直接返回，所以如果在park之前调用了
  13. //interrupt就会直接返回
  14. if (Thread::is_interrupted(thread, false)) {
  15. return;
  16. }
  17.  
  18. // 高精度绝对时间变量
  19. timespec absTime;
  20. //如果time小于0，或者isAbsolute是true并且time等于0则直接返回
  21. if (time < 0 || (isAbsolute && time == 0) ) { // don't wait at all
  22. return;
  23. }
  24. //如果time大于0，则根据是否是高精度定时计算定时时间
  25. if (time > 0) {
  26. unpackTime(&absTime, isAbsolute, time);
  27. }
  28.  
  29.  
  30. //进入安全点避免死锁
  31. ThreadBlockInVM tbivm(jt);
  32.  
  33.  
  34. //如果当前线程设置了中断标志，或者获取mutex互斥锁失败则直接返回
  35. //由于Parker是每个线程都有的，所以_counter cond mutex都是每个线程都有的，
  36. //不是所有线程共享的所以加锁失败只有两种情况，第一unpark已经加锁这时只需要返回即可，
  37. //第二调用调用pthread_mutex_trylock出错。对于第一种情况就类似是unpark先调用的情况，所以
  38. //直接返回。
  39. if (Thread::is_interrupted(thread, false) || pthread_mutex_trylock(_mutex) != 0) {
  40. return;
  41. }
  42.  
  43. int status ;
  44. //如果_counter大于0，说明unpark已经调用完成了将_counter置为了1，
  45. //现在只需将_counter置0，解锁，返回
  46. if (_counter > 0) { // no wait needed
  47. _counter = 0;
  48. status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
  49. assert (status == 0, "invariant");
  50. OrderAccess::fence();
  51. return;
  52. }
  53.  
  54.  
  55. OSThreadWaitState osts(thread->osthread(), false /* not Object.wait() */);
  56. jt->set_suspend_equivalent();
  57. // cleared by handle_special_suspend_equivalent_condition() or java_suspend_self()
  58.  
  59. assert(_cur_index == -1, "invariant");
  60. //如果time等于0，说明是相对时间也就是isAbsolute是fasle(否则前面就直接返回了),则直接挂起
  61. if (time == 0) {
  62. _cur_index = REL_INDEX; // arbitrary choice when not timed
  63. status = pthread_cond_wait (&_cond[_cur_index], _mutex) ;
  64. } else { //如果time非0
  65. //判断isAbsolute是false还是true，false的话使用_cond[0]，否则用_cond[1]
  66. _cur_index = isAbsolute ? ABS_INDEX : REL_INDEX;
  67. //使用条件变量使得当前线程挂起。
  68. status = os::Linux::safe_cond_timedwait (&_cond[_cur_index], _mutex, &absTime) ;
  69. //如果挂起失败则销毁当前的条件变量重新初始化。
  70. if (status != 0 && WorkAroundNPTLTimedWaitHang) {
  71. pthread_cond_destroy (&_cond[_cur_index]) ;
  72. pthread_cond_init (&_cond[_cur_index], isAbsolute ? NULL : os::Linux::condAttr());
  73. }
  74. }
  75.  
  76. //如果pthread_cond_wait成功则以下代码都是线程被唤醒后执行的。
  77. _cur_index = -1;
  78. assert_status(status == 0 || status == EINTR ||
  79. status == ETIME || status == ETIMEDOUT,
  80. status, "cond_timedwait");
  81.  
  82. #ifdef ASSERT
  83. pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &oldsigs, NULL);
  84. #endif
  85. //将_counter变量重新置为1
  86. _counter = 0 ;
  87. //解锁
  88. status = pthread_mutex_unlock(_mutex) ;
  89. assert_status(status == 0, status, "invariant") ;
  90. // 使用内存屏障使_counter对其它线程可见
  91. OrderAccess::fence();
  92.  
  93. // 如果在park线程挂起的时候调用了stop或者suspend则还需要将线程挂起不能返回
  94. if (jt->handle_special_suspend_equivalent_condition()) {
  95. jt->java_suspend_self();
  96. }
  97. }

再看unpark函数

  1. void Parker::unpark() {
  2. int s, status ;
  3. //加互斥锁
  4. status = pthread_mutex_lock(_mutex);
  5. assert (status == 0, "invariant") ;
  6. s = _counter;
  7. _counter = 1; //将_counter置1
  8. //如果_counter是0则说明调用了park或者没调用(初始为counter0）
  9. //这也说明park和unpark调用没有先后顺序。
  10. if (s < 1) {
  11. // 说明当前parker对应的线程挂起了，因为_cur_index初始是-1，并且等待条件变量的线程被唤醒
  12. //后也会将_cur_index重置-1
  13. if (_cur_index != -1) {
  14. //如果设置了WorkAroundNPTLTimedWaitHang先调用signal再调用unlock，否则相反
  15. //这两个先后顺序都可以，在hotspot在Linux下默认使用这种方式
  16. //即先调用signal再调用unlock
  17. if (WorkAroundNPTLTimedWaitHang) {
  18. status = pthread_cond_signal (&_cond[_cur_index]);
  19. assert (status == 0, "invariant");
  20. status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
  21. assert (status == 0, "invariant");
  22. } else {
  23. status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
  24. assert (status == 0, "invariant");
  25. status = pthread_cond_signal (&_cond[_cur_index]);
  26. assert (status == 0, "invariant");
  27. }
  28. } else { //如果_cur_index == -1说明线程没在等待条件变量，则直接解锁
  29. pthread_mutex_unlock(_mutex);
  30. assert (status == 0, "invariant") ;
  31. }
  32. } else {//如果_counter == 1,说明线程调用了一次或多次unpark但是没调用park，则直接解锁
  33. pthread_mutex_unlock(_mutex);
  34. assert (status == 0, "invariant") ;
  35. }

unpark主要是根据counter和cur_index判断当前线程是否挂在条件变量上，如果是则signal，否则就什么也不做。

所以park和unpark和核心就是counter cur_index, mutex,cond，通过使用条件变量对counter进行操作，在调用park的时候如果counter是0则会去执行挂起的流程，否则返回，在挂起恢复后再将counter置为0。在unpark的时候如果counter是0则会执行唤醒的流程，否则不执行唤醒流程，并且不管什么情况始终将counter置为1。

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