定义
公平锁:
公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁,线程直接进入队列中排队,队列中的第一个线程才能获得锁
公平锁的优点是等待锁的线程不会饿死。
缺点是整体吞吐效率相对非公平锁要低,等待队列中除第一个线程以外的所有线程都会阻塞,CPU唤醒阻塞线程的开销比非公平锁大
公平锁
非公平锁是多个线程加锁时直接尝试获取锁,获取不到才会到等待队列的队尾等待,但如果此时锁刚好可用,那么该线程可以无需阻塞直接获取到锁,所以非公平锁有可能出现后申请锁的线程先获取锁的场景
非公平锁的优点是可以减少唤起线程的开销,整体的吞吐效率高,因为线程有几率不阻塞直接获得锁,CPU不必唤醒所有线程
缺点是处于等待队列中的线程可能会饿死,或者等很久才会获得锁
ReentrantLock是实现Lock接口的一种锁
定义了一个final类型的Sync
Sync使用AQS的state表示对锁的持有次数
分为公平锁和非公平锁
调用Lock方法
lock方法,分为公平锁和非公平锁两个版本
(1)非公平锁
(2)CAS操作
compareAndSetState(expect,update);
如果当前状态值等于预期值,则原子地将同步状态设置为给定的更新值。 此操作具有易失性读写的内存语义。
参数:期望 - 期望值,更新 - 新值
返回:如果成功则为真。 假返回表示实际值不等于预期值。
如果预期值位0那么设置为1
最终也是调用sun.misc.Unsafe相关的方法,这个方法的四个参数第一个表示操作的是那个对象,第二个表示操作对象字段的偏移量,第三个是期望值,第四个是更新值
(3)volatile
state状态是用volatile来修饰的
如果不使用volatile的时候,如果两个线程thread1和thread2同时执行同一个方法来修改state为1,当thread把state从0变为1时,thread2没有感知还以为state还是0,这样也成功把0修改为1,这样两个线程都认为自己成功执行了获取锁的行为
volatile的功能:
a: 保证变量在线程之间的可见性 就是上面说的
b:禁止指令重排序 在编译阶段插入内存屏障,来特定禁止指令重排序
如果使用volatile,两个线程thread1和thread2,当thread1写会成功之后会让其它线程中该变量的副本失效,把成功后的值刷回主内存,并重新从主存load新的,这样一来thread2 expect=0,update=1就会失败,因为此时的expect=0是不成立的
JMM模型
工作内存:
每个线程都有自己的工作内存,里面保存了用到的变量和主内存的拷贝,叫做工作内存
线程对变量进行操作都在这个拷贝中操作,而不能直接读写主内存中的变量,每个线程的工作内存都是独立的,线程操作数据只能在工作内存(虚拟机栈)中进行,然后刷回到主存(堆加方法区)。这是 Java 内存模型定义的线程基本工作方式
当一个线程修改共享变量的值,其他线程能够立即知道被修改了,Java是利用volatile关键字来提供可见性的。当变量被volatile修饰时,这个变量被修改后会立刻刷新到主内存,当其它线程需要读取该变量时,会去主内存中读取新值。而普通变量则不能保证这一点
非公平锁的流程
因此在非公平锁中,AQS的volatile int state +1表示获取到了锁
通过CAS设置AQS的成员status,大家注意到status是用volatile来修饰的,它在此处表示让所线程能够获取到最新更改的值
设置当前拥有独占访问权限的线程。
参数:Thread.curretThread()当前线程
线程 - 所有者线程
执行完lock方法后,调用tryAcquire方法
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
获取当前线程,拿到当前锁状态
如果没加锁就加锁,如果加了锁,把当前锁状态state+1
若上述执行完成则代表成功,否则失败
举例分析
两个线程thread1和thread2进入方法,通过CAS方法进行争抢锁,谁能成功设把state从0设置为1,谁就能够把锁的独占线程设为自己。获取到锁的线程退出方法,进入业务逻辑。
假设thread1获取到锁,在tryAcquire方法中,thread1如果又重入这把锁,那么会将state+1
未获取到锁的thread2会通过else方法进入acquire方法中。然后进入tryAcquire方法,thread2未争抢到锁的线程进入acquire(1),因为thread1持有锁,那么本次tryAcquire返回false,进入addWaiter方法,这个方法是有一个FIFO的双向链表,进入链表后的线程是等待线程,waitStatus表示节点的状态,里面的结点入队之后可以自旋获取锁,自旋如果成功会将结点头从等待队列中摘除,thread2获取到锁,thread2执行业务逻辑。否则thread2一直会尝试获取锁,失败了返回false,直到成功了就返回true
公平锁
与非公平锁的区别是,非公平锁先通过CAS来抢占锁,然后在申请获得锁
而公平锁直接申请获得锁
以独占模式获取,忽略中断。 通过至少调用一次 tryAcquire 实现,成功返回。 否则线程会排队,可能会反复阻塞和解除阻塞,调用 tryAcquire 直到成功。 此方法可用于实现方法 Lock.lock
它是ReentrantLock成员Sync的整个锁的逻辑
tryAcquire方法是线程尝试以独占模式获取这个锁。如果允许则获取它。
acquireQueued方法是以独占不间断模式获取已在队列中的线程,如果在等待时出现中断,则会返回true,没有中断则返回false
如果线程无法独占模式获取锁,并且在等待时出现中断,那么中断当前线程
公平锁
首先获得当前线程current
拿到状态
公平锁先判断队列(双向链表)为空(head==tail)在进行cas抢占,最终两者为获取锁的线程都会进入到队列中
因此,公平锁就是保障了多线程下各线程获取锁的顺序,先到的线程优先获得锁,后到的线程进入阻塞队列