AQS LockSupport源码分析

一、LockSupport概述

LockSupport是Java并发包中用于构建锁和其他同步组件的基础工具类，通过park()和unpark()方法实现线程的阻塞与唤醒。它类似于信号量机制，但其"许可证"最多只有一个。

二、核心方法解析

1. park() 方法

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

• 功能：阻塞当前线程，直到其他线程调用unpark()或线程被中断。
• 许可证机制：如果线程已有许可证（即之前调用过unpark()），则立即返回并消费该许可证；否则线程进入阻塞状态。
• 中断处理：若线程在阻塞期间被中断，会立即返回且不抛出异常，需通过Thread.interrupted()检测中断状态。

2. unpark(Thread thread) 方法

public static void unpark(Thread thread) {
    if (thread != null)
      UNSAFE.unpark(thread);
}

• 功能：为指定线程发放许可证，使其从park()中返回。
• 特点：
  • 可以先于park()调用，确保线程不会阻塞。
  • 多次调用unpark()仅发放一个许可证。

三、底层原理简析

每个线程内部维护一个Parker对象，包含三个关键部分：

• _counter：表示是否可以调用park()的许可证计数（最大为1）。
• _cond：条件变量，用于线程阻塞等待。
• _mutex：互斥锁，保证线程安全地访问_counter。

1. park() 的执行流程

1. 检查_counter值：
   • 若为1，则直接消费许可证并继续执行，无需阻塞。
   • 若为0，则获取_mutex锁，并将线程加入_cond条件队列等待。
2. 线程进入阻塞状态，等待unpark()唤醒。

2. unpark(Thread thread) 的执行流程

1. 设置目标线程的_counter为1。
2. 若目标线程已处于阻塞状态，则唤醒它。
3. 目标线程恢复后，检查_counter并消费许可证。

四、使用示例

以下是一个基于LockSupport实现的简单FIFO互斥锁示例：

class FIFOMutex {
    private final AtomicBoolean locked = new AtomicBoolean(false);
    private final Queue<Thread> waiters = new ConcurrentLinkedQueue<>();

    public void lock() {
        boolean wasInterrupted = false;
        waiters.add(Thread.currentThread());
        while (waiters.peek() != Thread.currentThread() || !locked.compareAndSet(false, true)) {
            LockSupport.park(this);
            if (Thread.interrupted())
                wasInterrupted = true;
        }
        waiters.remove();
        if (wasInterrupted)
            Thread.currentThread().interrupt();
    }

    public void unlock() {
        locked.set(false);
        LockSupport.unpark(waiters.peek());
    }
}

• 说明：
  • lock()方法中，线程必须是队首元素才能尝试获取锁。
  • 若锁已被占用，则线程调用park()进入阻塞状态。
  • unlock()方法释放锁后，唤醒队首线程继续竞争锁。

五、总结

• 优势：
  • 支持精确唤醒特定线程。
  • 不依赖对象监视器（monitor），使用更灵活。
  • 允许先调用unpark()再调用park()。
• 应用场景：
  • 构建高级同步工具（如AQS框架中的各类锁）。
  • 需要精确控制线程阻塞与唤醒的场景。

通过上述分析可见，LockSupport是Java并发编程中非常强大的基础工具，尤其在AQS框架中扮演着重要角色。