Java多线程之Park和Unpark原理

Java多线程中的Park和Unpark是线程同步关键字，常用于线程间等待和通知的操作。在本次攻略中，将深入讲解Park和Unpark的实现原理，并提供两条示例说明。

Park和Unpark的基本概念

Park和Unpark是Java多线程中用于实现线程等待和通知机制的一对关键字。

其中，Park的作用是使线程等待，将其挂起，并将线程的状态设置为WAITING。而Unpark的作用是唤醒被Park挂起的线程。

Park和Unpark的实现原理

Park和Unpark需要借助于Unsafe类实现。Unsafe是Java中一个被隐藏的类，提供了一些跨越JVM的本地方法，可以直接操作内存和线程。因此，使用Unsafe类可以实现Park和Unpark的功能。

具体实现方法如下：

• Park方法的实现

在使用Park方法时，会使当前线程进入挂起状态，并设置线程状态为WAITING。具体实现代码如下：

public static void park(boolean isAbsolute, long time) {
    Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    Thread currentThread = Thread.currentThread();
    if(isAbsolute) {
        unsafe.park(true, time);
    }else {
        unsafe.park(false, time * 1000 * 1000);
    }
    currentThread.setParkBlocker(null);
    currentThread.interrupted();
}

在这个代码中，Unsafe类的park方法用于将当前线程挂起，直到其他线程调用Unpark方法唤醒它。isAbsolute用于指定时间是否为绝对时间，time表示等待时间。currentThread则表示当前线程。

• Unpark方法的实现

Unpark方法是Park方法的“解挂”操作，用于唤醒被Park挂起的线程，使其继续执行。具体实现代码如下：

public static void unpark(Thread thread) {
    Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    unsafe.unpark(thread);
}

在这个代码中，Unsafe类的unpark方法用于唤醒指定的线程。

示例说明

下面提供两个示例说明，以便更好地理解Park和Unpark的实现原理。

示例一：生产者-消费者模型

这个示例使用Park和Unpark实现了一个简单的生产者-消费者模型，其中Park和Unpark用于线程的等待和唤醒。具体代码如下：

public class ProducerConsumer {

    static Buffer buffer = new Buffer();

    public static class Producer implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                buffer.produce();
            }
        }
    }

    public static class Consumer implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                buffer.consume();
            }
        }
    }

    static class Buffer {

        final Lock lock = new ReentrantLock();
        final Condition notFull  = lock.newCondition(); 
        final Condition notEmpty = lock.newCondition(); 

        final int size = 10;
        List<String> data = new ArrayList<>();

        void produce() {
            lock.lock();
            try {
                while (data.size() == size)
                    notFull.await(); 
                String message = "msg-" + Math.random();
                data.add(message);
                System.out.println("Produce " + message);
                notEmpty.signalAll(); 
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }

        void consume() {
            lock.lock();
            try {
                while (data.size() == 0)
                    notEmpty.await();
                String message = data.remove(0);
                System.out.println("Consume " + message);
                notFull.signalAll();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Thread t1 = new Thread(new Producer());
        t1.start();

        Thread t2 = new Thread(new Consumer());
        t2.start();

        Thread.sleep(5000L);
        t1.interrupt(); 
        t2.interrupt(); 
    }
}

在这个示例中，Buffer实现了对数据的添加和移除，Producer和Consumer分别为生产者和消费者线程，使用Lock和Condition实现等待和通知的机制。在produce和consume方法中，使用了Park和Unpark方法实现线程等待和唤醒的操作。

示例二：线程池

这个示例使用Park和Unpark实现了一个简单的线程池，其中Park和Unpark用于实现线程的等待和唤醒。具体代码如下：

public class MyThreadPool {

    private final BlockingQueue<Runnable> queue;

    public static final int DEFAULT_SIZE = 10;

    private Set<MyThread> threadSet = new HashSet<>();

    public MyThreadPool(int size) {
        queue = new LinkedBlockingQueue<Runnable>(size);
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            MyThread task = new MyThread(queue);
            threadSet.add(task);
            task.start();
        }
    }

    public void execute(Runnable command) throws InterruptedException {
        if (command != null) {
            queue.put(command);
        }
    }

    public void destroy() {
        for (MyThread thread : threadSet) {
            thread.stopThread();
        }
    }

    static class MyThread extends Thread {
        private volatile boolean running = true;
        private BlockingQueue<Runnable> queue;

        public MyThread(BlockingQueue<Runnable> queue) {
            this.queue = queue;
        }

        public void run() {
            while (running) {
                try {
                    if (queue.isEmpty()) {
                        LockSupport.park(thread);
                    }
                    Runnable task = queue.poll();
                    if (task != null) {
                        task.run();
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

        public void stopThread() {
            running = false;
            LockSupport.unpark(this);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThreadPool threadPool = new MyThreadPool(DEFAULT_SIZE);
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            threadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running.");
                    try {
                        Thread.sleep(30000L);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        Thread.currentThread().interrupt();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is finished.");
                }
            });
        }
        threadPool.destroy();
    }
}

在这个示例中，MyThreadPool实现了一个简单的线程池，使用BlockingQueue作为任务队列，MyThread则实现了线程的执行和停止。在MyThread中，如果任务队列为空，使用LockSupport的Park方法暂停当前线程。当线程被调用stopThread方法时，使用LockSupport的Unpark方法唤醒正在等待的线程继续执行。

总结

本次攻略详细讲解了Java多线程中的Park和Unpark的实现原理，并提供了两个示例。通过理解Park和Unpark的实现原理，我们可以更好地理解线程的等待和唤醒机制，并能够将其应用到实际的多线程编程中。