1 /*
2  * DO NOT ALTER OR REMOVE COPYRIGHT NOTICES OR THIS FILE HEADER.
3  *
4  * This code is free software; you can redistribute it and/or modify it
5  * under the terms of the GNU General Public License version 2 only, as
6  * published by the Free Software Foundation.  Oracle designates this
7  * particular file as subject to the "Classpath" exception as provided
8  * by Oracle in the LICENSE file that accompanied this code.
9  *
10  * This code is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
11  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
12  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
13  * version 2 for more details (a copy is included in the LICENSE file that
14  * accompanied this code).
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU General Public License version
17  * 2 along with this work; if not, write to the Free Software Foundation,
18  * Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
19  *
20  * Please contact Oracle, 500 Oracle Parkway, Redwood Shores, CA 94065 USA
21  * or visit www.oracle.com if you need additional information or have any
22  * questions.
23  */

24
25 /*
26  * This file is available under and governed by the GNU General Public
27  * License version 2 only, as published by the Free Software Foundation.
28  * However, the following notice accompanied the original version of this
29  * file:
30  *
31  * Written by Doug Lea with assistance from members of JCP JSR-166
32  * Expert Group and released to the public domain, as explained at
33  * http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
34  */

35
36 package java.util.concurrent.locks;
37
38 import jdk.internal.misc.Unsafe;
39
40 /**
41  * Basic thread blocking primitives for creating locks and other
42  * synchronization classes.
43  *
44  * <p>This class associates, with each thread that uses it, a permit
45  * (in the sense of the {@link java.util.concurrent.Semaphore
46  * Semaphore} class). A call to {@code park} will return immediately
47  * if the permit is available, consuming it in the process; otherwise
48  * it <em>may</em> block.  A call to {@code unpark} makes the permit
49  * available, if it was not already available. (Unlike with Semaphores
50  * though, permits do not accumulate. There is at most one.)
51  * Reliable usage requires the use of volatile (or atomic) variables
52  * to control when to park or unpark.  Orderings of calls to these
53  * methods are maintained with respect to volatile variable accesses,
54  * but not necessarily non-volatile variable accesses.
55  *
56  * <p>Methods {@code park} and {@code unpark} provide efficient
57  * means of blocking and unblocking threads that do not encounter the
58  * problems that cause the deprecated methods {@code Thread.suspend}
59  * and {@code Thread.resume} to be unusable for such purposes: Races
60  * between one thread invoking {@code park} and another thread trying
61  * to {@code unpark} it will preserve liveness, due to the
62  * permit. Additionally, {@code park} will return if the caller's
63  * thread was interrupted, and timeout versions are supported. The
64  * {@code park} method may also return at any other time, for "no
65  * reason", so in general must be invoked within a loop that rechecks
66  * conditions upon return. In this sense {@code park} serves as an
67  * optimization of a "busy wait" that does not waste as much time
68  * spinning, but must be paired with an {@code unpark} to be
69  * effective.
70  *
71  * <p>The three forms of {@code park} each also support a
72  * {@code blocker} object parameter. This object is recorded while
73  * the thread is blocked to permit monitoring and diagnostic tools to
74  * identify the reasons that threads are blocked. (Such tools may
75  * access blockers using method {@link #getBlocker(Thread)}.)
76  * The use of these forms rather than the original forms without this
77  * parameter is strongly encouraged. The normal argument to supply as
78  * a {@code blocker} within a lock implementation is {@code this}.
79  *
80  * <p>These methods are designed to be used as tools for creating
81  * higher-level synchronization utilities, and are not in themselves
82  * useful for most concurrency control applications.  The {@code park}
83  * method is designed for use only in constructions of the form:
84  *
85  * <pre> {@code
86  * while (!canProceed()) {
87  *   // ensure request to unpark is visible to other threads
88  *   ...
89  *   LockSupport.park(this);
90  * }}</pre>
91  *
92  * where no actions by the thread publishing a request to unpark,
93  * prior to the call to {@code park}, entail locking or blocking.
94  * Because only one permit is associated with each thread, any
95  * intermediary uses of {@code park}, including implicitly via class
96  * loading, could lead to an unresponsive thread (a "lost unpark").
97  *
98  * <p><b>Sample Usage.</b> Here is a sketch of a first-in-first-out
99  * non-reentrant lock class:
100  * <pre> {@code
101  * class FIFOMutex {
102  *   private final AtomicBoolean locked = new AtomicBoolean(false);
103  *   private final Queue<Thread> waiters
104  *     = new ConcurrentLinkedQueue<>();
105  *
106  *   public void lock() {
107  *     boolean wasInterrupted = false;
108  *     // publish current thread for unparkers
109  *     waiters.add(Thread.currentThread());
110  *
111  *     // Block while not first in queue or cannot acquire lock
112  *     while (waiters.peek() != Thread.currentThread() ||
113  *            !locked.compareAndSet(falsetrue)) {
114  *       LockSupport.park(this);
115  *       // ignore interrupts while waiting
116  *       if (Thread.interrupted())
117  *         wasInterrupted = true;
118  *     }
119  *
120  *     waiters.remove();
121  *     // ensure correct interrupt status on return
122  *     if (wasInterrupted)
123  *       Thread.currentThread().interrupt();
124  *   }
125  *
126  *   public void unlock() {
127  *     locked.set(false);
128  *     LockSupport.unpark(waiters.peek());
129  *   }
130  *
131  *   static {
132  *     // Reduce the risk of "lost unpark" due to classloading
133  *     Class<?> ensureLoaded = LockSupport.class;
134  *   }
135  * }}</pre>
136  *
137  * @since 1.5
138  */

139 public class LockSupport {
140     private LockSupport() {} // Cannot be instantiated.
141
142     private static void setBlocker(Thread t, Object arg) {
143         // Even though volatile, hotspot doesn't need a write barrier here.
144         U.putObject(t, PARKBLOCKER, arg);
145     }
146
147     /**
148      * Makes available the permit for the given thread, if it
149      * was not already available.  If the thread was blocked on
150      * {@code park} then it will unblock.  Otherwise, its next call
151      * to {@code park} is guaranteed not to block. This operation
152      * is not guaranteed to have any effect at all if the given
153      * thread has not been started.
154      *
155      * @param thread the thread to unpark, or {@code null}, in which case
156      *        this operation has no effect
157      */

158     public static void unpark(Thread thread) {
159         if (thread != null)
160             U.unpark(thread);
161     }
162
163     /**
164      * Disables the current thread for thread scheduling purposes unless the
165      * permit is available.
166      *
167      * <p>If the permit is available then it is consumed and the call returns
168      * immediately; otherwise
169      * the current thread becomes disabled for thread scheduling
170      * purposes and lies dormant until one of three things happens:
171      *
172      * <ul>
173      * <li>Some other thread invokes {@link #unpark unpark} with the
174      * current thread as the target; or
175      *
176      * <li>Some other thread {@linkplain Thread#interrupt interrupts}
177      * the current thread; or
178      *
179      * <li>The call spuriously (that is, for no reason) returns.
180      * </ul>
181      *
182      * <p>This method does <em>not</em> report which of these caused the
183      * method to return. Callers should re-check the conditions which caused
184      * the thread to park in the first place. Callers may also determine,
185      * for example, the interrupt status of the thread upon return.
186      *
187      * @param blocker the synchronization object responsible for this
188      *        thread parking
189      * @since 1.6
190      */

191     public static void park(Object blocker) {
192         Thread t = Thread.currentThread();
193         setBlocker(t, blocker);
194         U.park(false, 0L);
195         setBlocker(t, null);
196     }
197
198     /**
199      * Disables the current thread for thread scheduling purposes, for up to
200      * the specified waiting time, unless the permit is available.
201      *
202      * <p>If the permit is available then it is consumed and the call
203      * returns immediately; otherwise the current thread becomes disabled
204      * for thread scheduling purposes and lies dormant until one of four
205      * things happens:
206      *
207      * <ul>
208      * <li>Some other thread invokes {@link #unpark unpark} with the
209      * current thread as the target; or
210      *
211      * <li>Some other thread {@linkplain Thread#interrupt interrupts}
212      * the current thread; or
213      *
214      * <li>The specified waiting time elapses; or
215      *
216      * <li>The call spuriously (that is, for no reason) returns.
217      * </ul>
218      *
219      * <p>This method does <em>not</em> report which of these caused the
220      * method to return. Callers should re-check the conditions which caused
221      * the thread to park in the first place. Callers may also determine,
222      * for example, the interrupt status of the thread, or the elapsed time
223      * upon return.
224      *
225      * @param blocker the synchronization object responsible for this
226      *        thread parking
227      * @param nanos the maximum number of nanoseconds to wait
228      * @since 1.6
229      */

230     public static void parkNanos(Object blocker, long nanos) {
231         if (nanos > 0) {
232             Thread t = Thread.currentThread();
233             setBlocker(t, blocker);
234             U.park(false, nanos);
235             setBlocker(t, null);
236         }
237     }
238
239     /**
240      * Disables the current thread for thread scheduling purposes, until
241      * the specified deadline, unless the permit is available.
242      *
243      * <p>If the permit is available then it is consumed and the call
244      * returns immediately; otherwise the current thread becomes disabled
245      * for thread scheduling purposes and lies dormant until one of four
246      * things happens:
247      *
248      * <ul>
249      * <li>Some other thread invokes {@link #unpark unpark} with the
250      * current thread as the target; or
251      *
252      * <li>Some other thread {@linkplain Thread#interrupt interrupts} the
253      * current thread; or
254      *
255      * <li>The specified deadline passes; or
256      *
257      * <li>The call spuriously (that is, for no reason) returns.
258      * </ul>
259      *
260      * <p>This method does <em>not</em> report which of these caused the
261      * method to return. Callers should re-check the conditions which caused
262      * the thread to park in the first place. Callers may also determine,
263      * for example, the interrupt status of the thread, or the current time
264      * upon return.
265      *
266      * @param blocker the synchronization object responsible for this
267      *        thread parking
268      * @param deadline the absolute time, in milliseconds from the Epoch,
269      *        to wait until
270      * @since 1.6
271      */

272     public static void parkUntil(Object blocker, long deadline) {
273         Thread t = Thread.currentThread();
274         setBlocker(t, blocker);
275         U.park(true, deadline);
276         setBlocker(t, null);
277     }
278
279     /**
280      * Returns the blocker object supplied to the most recent
281      * invocation of a park method that has not yet unblocked, or null
282      * if not blocked.  The value returned is just a momentary
283      * snapshot -- the thread may have since unblocked or blocked on a
284      * different blocker object.
285      *
286      * @param t the thread
287      * @return the blocker
288      * @throws NullPointerException if argument is null
289      * @since 1.6
290      */

291     public static Object getBlocker(Thread t) {
292         if (t == null)
293             throw new NullPointerException();
294         return U.getObjectVolatile(t, PARKBLOCKER);
295     }
296
297     /**
298      * Disables the current thread for thread scheduling purposes unless the
299      * permit is available.
300      *
301      * <p>If the permit is available then it is consumed and the call
302      * returns immediately; otherwise the current thread becomes disabled
303      * for thread scheduling purposes and lies dormant until one of three
304      * things happens:
305      *
306      * <ul>
307      *
308      * <li>Some other thread invokes {@link #unpark unpark} with the
309      * current thread as the target; or
310      *
311      * <li>Some other thread {@linkplain Thread#interrupt interrupts}
312      * the current thread; or
313      *
314      * <li>The call spuriously (that is, for no reason) returns.
315      * </ul>
316      *
317      * <p>This method does <em>not</em> report which of these caused the
318      * method to return. Callers should re-check the conditions which caused
319      * the thread to park in the first place. Callers may also determine,
320      * for example, the interrupt status of the thread upon return.
321      */

322     public static void park() {
323         U.park(false, 0L);
324     }
325
326     /**
327      * Disables the current thread for thread scheduling purposes, for up to
328      * the specified waiting time, unless the permit is available.
329      *
330      * <p>If the permit is available then it is consumed and the call
331      * returns immediately; otherwise the current thread becomes disabled
332      * for thread scheduling purposes and lies dormant until one of four
333      * things happens:
334      *
335      * <ul>
336      * <li>Some other thread invokes {@link #unpark unpark} with the
337      * current thread as the target; or
338      *
339      * <li>Some other thread {@linkplain Thread#interrupt interrupts}
340      * the current thread; or
341      *
342      * <li>The specified waiting time elapses; or
343      *
344      * <li>The call spuriously (that is, for no reason) returns.
345      * </ul>
346      *
347      * <p>This method does <em>not</em> report which of these caused the
348      * method to return. Callers should re-check the conditions which caused
349      * the thread to park in the first place. Callers may also determine,
350      * for example, the interrupt status of the thread, or the elapsed time
351      * upon return.
352      *
353      * @param nanos the maximum number of nanoseconds to wait
354      */

355     public static void parkNanos(long nanos) {
356         if (nanos > 0)
357             U.park(false, nanos);
358     }
359
360     /**
361      * Disables the current thread for thread scheduling purposes, until
362      * the specified deadline, unless the permit is available.
363      *
364      * <p>If the permit is available then it is consumed and the call
365      * returns immediately; otherwise the current thread becomes disabled
366      * for thread scheduling purposes and lies dormant until one of four
367      * things happens:
368      *
369      * <ul>
370      * <li>Some other thread invokes {@link #unpark unpark} with the
371      * current thread as the target; or
372      *
373      * <li>Some other thread {@linkplain Thread#interrupt interrupts}
374      * the current thread; or
375      *
376      * <li>The specified deadline passes; or
377      *
378      * <li>The call spuriously (that is, for no reason) returns.
379      * </ul>
380      *
381      * <p>This method does <em>not</em> report which of these caused the
382      * method to return. Callers should re-check the conditions which caused
383      * the thread to park in the first place. Callers may also determine,
384      * for example, the interrupt status of the thread, or the current time
385      * upon return.
386      *
387      * @param deadline the absolute time, in milliseconds from the Epoch,
388      *        to wait until
389      */

390     public static void parkUntil(long deadline) {
391         U.park(true, deadline);
392     }
393
394     /**
395      * Returns the pseudo-randomly initialized or updated secondary seed.
396      * Copied from ThreadLocalRandom due to package access restrictions.
397      */

398     static final int nextSecondarySeed() {
399         int r;
400         Thread t = Thread.currentThread();
401         if ((r = U.getInt(t, SECONDARY)) != 0) {
402             r ^= r << 13;   // xorshift
403             r ^= r >>> 17;
404             r ^= r << 5;
405         }
406         else if ((r = java.util.concurrent.ThreadLocalRandom.current().nextInt()) == 0)
407             r = 1; // avoid zero
408         U.putInt(t, SECONDARY, r);
409         return r;
410     }
411
412     /**
413      * Returns the thread id for the given thread.  We must access
414      * this directly rather than via method Thread.getId() because
415      * getId() has been known to be overridden in ways that do not
416      * preserve unique mappings.
417      */

418     static final long getThreadId(Thread thread) {
419         return U.getLong(thread, TID);
420     }
421
422     // Hotspot implementation via intrinsics API
423     private static final Unsafe U = Unsafe.getUnsafe();
424     private static final long PARKBLOCKER = U.objectFieldOffset
425             (Thread.class"parkBlocker");
426     private static final long SECONDARY = U.objectFieldOffset
427             (Thread.class"threadLocalRandomSecondarySeed");
428     private static final long TID = U.objectFieldOffset
429             (Thread.class"tid");
430
431 }
432