JUC在深入面试题——三种方式实现线程等待和唤醒（wait/notify，await/signal，LockSupport的park/unpark）

标签：JUC 面试题 Thread signal park 阻塞 unpark 线程 permit

一、前言

在多线程的场景下，我们会经常使用加锁，来保证线程安全。如果锁用的不好，就会陷入死锁，我们以前可以使用Object的wait/notify来解决死锁问题。也可以使用Condition的await/signal来解决，当然最优还是LockSupport的park/unpark。他们都是解决线程等待和唤醒的。下面来说说具体的优缺点和例子证明一下。

二、wait/notify的使用

1. 代码演示

public class JUC {

    static Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()->{
            synchronized (lock) {// 1
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进来");
                try {
                    // 释放锁，陷入阻塞，直到有人唤醒
                    lock.wait();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }// 1
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "我被唤醒了");
        }, "A").start();

        new Thread(()->{
            synchronized (lock) {// 2
                lock.notify();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "随机唤醒一个线程");
            }// 2
        }, "B").start();
    }
}

2. 执行结果

3. 测试不在代码块执行（把上面代码注释1给删除）

4. 修改代码

try {
    TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
}

5. 总结

wait和notify方法必须要在同步块或者方法里面且成对出现使用，否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException。

调用顺序要先wait后notify才可以正常阻塞和唤醒。

三、await/signal的使用

1. 代码演示

public class JUC {

    static ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
    static Condition condition = reentrantLock.newCondition();

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()->{
            reentrantLock.lock();// 1
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"进来");
                condition.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                reentrantLock.unlock();// 1
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"我被唤醒了");
        },"A").start();

        new Thread(()->{
            reentrantLock.lock();// 1
            try {
                condition.signal();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"随机唤醒一个线程");
            }finally {
                reentrantLock.unlock();// 1
            }
        },"B").start();

    }
}

2. 执行结果

3. 测试不在代码块执行（把上面代码注释1给删除）

4. 修改代码

try {
    TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
}

5. 总结

await和signal方法必须要在同步块或者方法里面且成对出现使用，否则会抛出java.lang.IllegalMonitorStateException。

调用顺序要先await后signal才可以正常阻塞和唤醒。——和wait/notify一致。

四、LockSupport的park/unpark的使用

1. LockSupport介绍

LockSupport是用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。

LockSupport类使用了一种名为Permit（许可）的概念来做到阻塞和唤醒线程的功能，每个线程都有一个许可（permit），permit只有两个值1和0，默认是0。

可以把许可看成是一种(0、1)信号量（Semaphore），但与Semaphore不同的是，许可的累加上限是1。

2. park源码查看

public static void park(Object blocker) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    setBlocker(t, blocker);
    UNSAFE.park(false, 0L);
    setBlocker(t, null);
}
public static void park() {
    UNSAFE.park(false, 0L);
}

作用：park()/park(Object blocker) - 阻塞当前线程阻塞传入的具体线程

我们会发现底层是调用sun.misc.Unsafe：这个类的提供了一些绕开JVM的更底层功能，基于它的实现可以提高效率。

permit默认是0，所以一开始调用park()方法，当前线程就会阻塞，直到别的线程将当前线程的permit设置为1时，park方法会被唤醒，然后会将permit再次设置为0并返回。

3. unpark源码查看

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

作用：unpark(Thread thread) - 唤醒处于阻塞状态的指定线程
我们会发现底层都是调用sun.misc.Unsafe。
调用unpark(thread)方法后，就会将thread线程的许可permit设置成1（注意多次调用unpark方法，不会累加，pemit值还是1）会自动唤醒thead线程，即之前阻塞中的LockSupport.park()方法会立即返回。

4. 代码演示

public class JUC {

    public static void main(String[] args) {

        Thread a = new Thread(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进来");
            LockSupport.park();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被换醒了");
        }, "A");
        a.start();

        Thread b = new Thread(()->{
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            LockSupport.unpark(a);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"唤醒传入的线程");
        }, "B");
        b.start();

    }
}

5. 结果展示

6. 修改代码

try {
	TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
	e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进来" + System.currentTimeMillis());
LockSupport.park();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被换醒了" + System.currentTimeMillis());

7. 与前两者比的优点

park/unpark不需要在同步块或者方法内才能执行，解决了上面两种不在同步块或者方法就报错的情况。

park/unpark不需要先执行park，在执行unpark，无需在意顺序。解决了上面两种必须有前后顺序的情况。

8.总结

LockSupport是用来创建锁和共他同步类的基本线程阻塞原语。

LockSuport是一个线程阻塞工具类，所有的方法都是静态方法，可以让线程在任意位置阻塞，阻寨之后也有对应的唤醒方法。归根结底，LockSupport调用的Unsafe中的native代码(C++)。

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

LockSupport提供park()和unpark()方法实现阻塞线程和解除线程阻塞的过程。

LockSupport和每个使用它的线程都有一个许可(permit)关联。permit相当于1，0的开关，默认是0，调用一次unpark就加1变成1，调用一次park会消费permit，也就是将1变成0，同时park立即返回。

如再次调用park会变成阻塞(因为permit为零了会阻塞在这里，一直到permit变为1)，这时调用unpark会把permit置为1。每个线程都有一个相关的permit，permit最多只有一个，重复调用unpark也不会积累凭证。

阻塞原因：根据上面代码，我们会先执行线程B，调用unpark方法，虽然进行两次unpark。但是只有一个有效，此时permit为1。此时A线程开始，来到第一个park，permit消耗后为0，为0是阻塞，等待unpark，此时没有unpark了，所以一直陷入阻塞。

9.白话文理解

线程阻塞需要消耗凭证(permit)，这个凭证最多只有1个。
当调用park方法时
如果有凭证，则会直接消耗掉这个凭证然后正常退出。
如果无凭证，就必须阻塞等待凭证可用。
而unpark则相反，它会增加一个凭证，但凭证最多只能有1个，累加无放。

五、面试题

为什么可以先唤醒线程后阻塞线程？

因为unpark获得了一个凭证，之后再调用park方法，此时permit为1，就可以名正言顺的凭证消费，permit为0，故不会阻塞。

为什么唤醒两次后阻塞两次，但最终结果还会阻塞线程？

因为凭证的数量最多为1（不能累加），连续调用两次 unpark和调用一次 unpark效果一样，只会增加一个凭证；而调用两次park却需要消费两个凭证，证不够，不能放行。

六、总结

看到这里的小伙伴，点个赞不过分吧，小编也是整理了一下午，参考阳哥课件。

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