JUC在深入面試題——三種方式實現線程等待和喚醒（wait/notify，await/signal，LockSupport的park/unpark）
一、前言
在多線程的場景下，我們會經常使用加鎖，來保證線程安全。如果鎖用的不好，就會陷入死鎖，我們以前可以使用Object的wait/notify來解決死鎖問題。也可以使用Condition的await/signal來解決，當然最優還是LockSupport的park/unpark。他們都是解決線程等待和喚醒的。下面來說說具體的優缺點和例子證明一下。
二、wait/notify的使用
1. 代碼演示
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() + "進來");
try {
// 釋放鎖，陷入阻塞，直到有人喚醒
lock.wait();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}// 1
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "我被喚醒了");
}, "A").start();
new Thread(()->{
synchronized (lock) {// 2
lock.notify();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "隨機喚醒一個線程");
}// 2
}, "B").start();
}
}
2. 執行結果
3. 測試不在代碼塊執行（把上面代碼注釋1給刪除）
4. 修改代碼
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
5. 總結
wait和notify方法必須要在同步塊或者方法裏面且成對出現使用，否則會拋出java.lang.IllegalMonitorStateException。
調用順序要先wait後notify才可以正常阻塞和喚醒。
三、await/signal的使用
1. 代碼演示
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()+"進來");
condition.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
reentrantLock.unlock();// 1
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"我被喚醒了");
},"A").start();
new Thread(()->{
reentrantLock.lock();// 1
try {
condition.signal();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"隨機喚醒一個線程");
}finally {
reentrantLock.unlock();// 1
}
},"B").start();
}
}
2. 執行結果
3. 測試不在代碼塊執行（把上面代碼注釋1給刪除）
4. 修改代碼
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
5. 總結
await和signal方法必須要在同步塊或者方法裏面且成對出現使用，否則會拋出java.lang.IllegalMonitorStateException。
調用順序要先await後signal才可以正常阻塞和喚醒。——和wait/notify一致。
四、LockSupport的park/unpark的使用
1. LockSupport介紹
LockSupport是用來創建鎖和其他同步類的基本線程阻塞原語。
LockSupport類使用了一種名為Permit（許可）的概念來做到阻塞和喚醒線程的功能，每個線程都有一個許可（permit），permit只有兩個值1和0，默認是0。
可以把許可看成是一種(0、1)信號量（Semaphore），但與Semaphore不同的是，許可的累加上限是1。
2. park源碼查看
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) – 阻塞當前線程阻塞傳入的具體線程
我們會發現底層是調用sun.misc.Unsafe：這個類的提供了一些繞開JVM的更底層功能，基於它的實現可以提高效率。
permit默認是0，所以一開始調用park()方法，當前線程就會阻塞，直到別的線程將當前線程的permit設置為1時，park方法會被喚醒，然後會將permit再次設置為0並返回。
3. unpark源碼查看
public static void unpark(Thread thread) {
if (thread != null)
UNSAFE.unpark(thread);
}
作用：unpark(Thread thread) – 喚醒處於阻塞狀態的指定線程
我們會發現底層都是調用sun.misc.Unsafe。
調用unpark(thread)方法後，就會將thread線程的許可permit設置成1（注意多次調用unpark方法，不會累加，pemit值還是1）會自動喚醒thead線程，即之前阻塞中的LockSupport.park()方法會立即返回。
4. 代碼演示
public class JUC {
public static void main(String[] args) {
Thread a = new Thread(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "進來");
LockSupport.park();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被換醒了");
}, "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()+"喚醒傳入的線程");
}, "B");
b.start();
}
}
5. 結果展示
6. 修改代碼
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "進來" + System.currentTimeMillis());
LockSupport.park();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 被換醒了" + System.currentTimeMillis());
7. 與前兩者比的優點
park/unpark不需要在同步塊或者方法內才能執行，解決了上面兩種不在同步塊或者方法就報錯的情況。
park/unpark不需要先執行park，在執行unpark，無需在意順序。解決了上面兩種必須有前後順序的情況。
8.總結
LockSupport是用來創建鎖和共他同步類的基本線程阻塞原語。
LockSuport是一個線程阻塞工具類，所有的方法都是靜態方法，可以讓線程在任意位置阻塞，阻寨之後也有對應的喚醒方法。歸根結底，LockSupport調用的Unsafe中的native代碼(C++)。
public native void park(boolean var1, long var2);
LockSupport提供park()和unpark()方法實現阻塞線程和解除線程阻塞的過程。
LockSupport和每個使用它的線程都有一個許可(permit)關聯。permit相當於1，0的開關，默認是0，調用一次unpark就加1變成1，調用一次park會消費permit，也就是將1變成0，同時park立即返回。
如再次調用park會變成阻塞(因為permit為零了會阻塞在這裡，一直到permit變為1)，這時調用unpark會把permit置為1。每個線程都有一個相關的permit，permit最多只有一個，重複調用unpark也不會積累憑證。
阻塞原因：根據上面代碼，我們會先執行線程B，調用unpark方法，雖然進行兩次unpark。但是只有一個有效，此時permit為1。此時A線程開始，來到第一個park，permit消耗後為0，為0是阻塞，等待unpark，此時沒有unpark了，所以一直陷入阻塞。
9.白話文理解
線程阻塞需要消耗憑證(permit)，這個憑證最多只有1個。
當調用park方法時
如果有憑證，則會直接消耗掉這個憑證然後正常退出。
如果無憑證，就必須阻塞等待憑證可用。
而unpark則相反，它會增加一個憑證，但憑證最多只能有1個，累加無放。
五、面試題
為什麼可以先喚醒線程後阻塞線程？
因為unpark獲得了一個憑證，之後再調用park方法，此時permit為1，就可以名正言順的憑證消費，permit為0，故不會阻塞。
為什麼喚醒兩次後阻塞兩次，但最終結果還會阻塞線程？
因為憑證的數量最多為1（不能累加），連續調用兩次 unpark和調用一次 unpark效果一樣，只會增加一個憑證；而調用兩次park卻需要消費兩個憑證，證不夠，不能放行。
六、總結
看到這裡的小夥伴，點個贊不過分吧，小編也是整理了一下午，參考陽哥課件。
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