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hotspot解析jdk Unsafe类
引言
Unsafe的park方法
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
public static void park() {
UNSAFE.park(false, 0L);
}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）
实现ns计时的方法
public static void parkNanos(long nanos) {
if (nanos > 0)
UNSAFE.park(false, nanos);
}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）
实现低精度的ms定时方法
public static void parkUntil(long deadline) {
UNSAFE.park(true, deadline);
}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）
hotspot对应的类
class Parker : public os::PlatformParker {
private:
volatile int _counter ; //计数
Parker * FreeNext ; //指向下一个Parker
JavaThread * AssociatedWith ; // 指向parker所属的线程。
public:
Parker() : PlatformParker() {
_counter = 0 ; //初始化为0
FreeNext = NULL ;
AssociatedWith = NULL ;
}
protected:
~Parker() { ShouldNotReachHere(); }
public:
// For simplicity of interface with Java, all forms of park (indefinite,
// relative, and absolute) are multiplexed into one call.
void park(bool isAbsolute, jlong time);
void unpark();
// Lifecycle operators
static Parker * Allocate (JavaThread * t) ;
static void Release (Parker * e) ;private:
static Parker * volatile FreeList ;
static volatile int ListLock ;
};Unsafe调用的park最终会调用Parker类的park函数，Parker继承了PlatformParker。
class PlatformParker : public CHeapObj<mtInternal> {
protected:
enum {
REL_INDEX = 0,
ABS_INDEX = 1
};
int _cur_index; // 条件变量数组下标，which cond is in use: -1, 0, 1
pthread_mutex_t _mutex [1] ; //pthread互斥锁
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。
public: // TODO-FIXME: make dtor private
~PlatformParker() { guarantee (0, "invariant") ; }
public:
PlatformParker() {
int status;
status = pthread_cond_init (&_cond[REL_INDEX], os::Linux::condAttr());
assert_status(status == 0, status, "cond_init rel");
status = pthread_cond_init (&_cond[ABS_INDEX], NULL);
assert_status(status == 0, status, "cond_init abs");
status = pthread_mutex_init (_mutex, NULL);
assert_status(status == 0, status, "mutex_init");
_cur_index = -1; // mark as unused
}
};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。
// JSR166 per-thread parker private: Parker* _parker;
park的实现
void Parker::park(bool isAbsolute, jlong time) {
//原子交换，如果_counter > 0,则将_counter置为0，直接返回，否则_counter为0
if (Atomic::xchg(0, &_counter) > 0) return;
//获取当前线程
Thread* thread = Thread::current();
assert(thread->is_Java_thread(), "Must be JavaThread");
//下转型为java线程
JavaThread *jt = (JavaThread *)thread;
//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
//interrupt就会直接返回
if (Thread::is_interrupted(thread, false)) {
return;
}
// 高精度绝对时间变量
timespec absTime;
//如果time小于0，或者isAbsolute是true并且time等于0则直接返回
if (time < 0 || (isAbsolute && time == 0) ) { // don't wait at all
return;
}
//如果time大于0，则根据是否是高精度定时计算定时时间
if (time > 0) {
unpackTime(&absTime, isAbsolute, time);
}
//进入安全点避免死锁
ThreadBlockInVM tbivm(jt);
//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
//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，
//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，
//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
//直接返回。
if (Thread::is_interrupted(thread, false) || pthread_mutex_trylock(_mutex) != 0) {
return;
}
int status ;
//如果_counter大于0，说明unpark已经调用完成了将_counter置为了1，
//现在只需将_counter置0，解锁，返回
if (_counter > 0) { // no wait needed
_counter = 0;
status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
assert (status == 0, "invariant");
OrderAccess::fence();
return;
}
OSThreadWaitState osts(thread->osthread(), false /* not Object.wait() */);
jt->set_suspend_equivalent();
// cleared by handle_special_suspend_equivalent_condition() or java_suspend_self()
assert(_cur_index == -1, "invariant");
//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
if (time == 0) {
_cur_index = REL_INDEX; // arbitrary choice when not timed
status = pthread_cond_wait (&_cond[_cur_index], _mutex) ;
} else { //如果time非0
//判断isAbsolute是false还是true，false的话使用_cond[0]，否则用_cond[1]
_cur_index = isAbsolute ? ABS_INDEX : REL_INDEX;
//使用条件变量使得当前线程挂起。
status = os::Linux::safe_cond_timedwait (&_cond[_cur_index], _mutex, &absTime) ;
//如果挂起失败则销毁当前的条件变量重新初始化。
if (status != 0 && WorkAroundNPTLTimedWaitHang) {
pthread_cond_destroy (&_cond[_cur_index]) ;
pthread_cond_init (&_cond[_cur_index], isAbsolute ? NULL : os::Linux::condAttr());
}
}
//如果pthread_cond_wait成功则以下代码都是线程被唤醒后执行的。
_cur_index = -1;
assert_status(status == 0 || status == EINTR ||
status == ETIME || status == ETIMEDOUT,
status, "cond_timedwait");
#ifdef ASSERT
pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &oldsigs, NULL);
#endif
//将_counter变量重新置为1
_counter = 0 ;
//解锁
status = pthread_mutex_unlock(_mutex) ;
assert_status(status == 0, status, "invariant") ;
// 使用内存屏障使_counter对其它线程可见
OrderAccess::fence();
// 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
if (jt->handle_special_suspend_equivalent_condition()) {
jt->java_suspend_self();
}
}unpark函数
void Parker::unpark() {
int s, status ;
//加互斥锁
status = pthread_mutex_lock(_mutex);
assert (status == 0, "invariant") ;
s = _counter;
_counter = 1; //将_counter置1
//如果_counter是0则说明调用了park或者没调用(初始为counter0）
//这也说明park和unpark调用没有先后顺序。
if (s < 1) {
// 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
//后也会将_cur_index重置-1
if (_cur_index != -1) {
//如果设置了WorkAroundNPTLTimedWaitHang先调用signal再调用unlock，否则相反
//这两个先后顺序都可以，在hotspot在Linux下默认使用这种方式
//即先调用signal再调用unlock
if (WorkAroundNPTLTimedWaitHang) {
status = pthread_cond_signal (&_cond[_cur_index]);
assert (status == 0, "invariant");
status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
assert (status == 0, "invariant");
} else {
status = pthread_mutex_unlock(_mutex);
assert (status == 0, "invariant");
status = pthread_cond_signal (&_cond[_cur_index]);
assert (status == 0, "invariant");
}
} else { //如果_cur_index == -1说明线程没在等待条件变量，则直接解锁
pthread_mutex_unlock(_mutex);
assert (status == 0, "invariant") ;
}
} 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
pthread_mutex_unlock(_mutex);
assert (status == 0, "invariant") ;
}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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