• Java锁--公平锁


    转载请注明出处:http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3496147.html

    基本概念

    本章,我们会讲解“线程获取公平锁”的原理;在讲解之前,需要了解几个基本概念。后面的内容,都是基于这些概念的;这些概念可能比较枯燥,但从这些概念中,能窥见“java锁”的一些架构,这对我们了解锁是有帮助的。
    1. AQS -- 指AbstractQueuedSynchronizer类。
        AQS是java中管理“锁”的抽象类,锁的许多公共方法都是在这个类中实现。AQS是独占锁(例如,ReentrantLock)和共享锁(例如,Semaphore)的公共父类。

    2. AQS锁的类别 -- 分为“独占锁”和“共享锁”两种。
        (01) 独占锁 -- 锁在一个时间点只能被一个线程锁占有。根据锁的获取机制,它又划分为“公平锁”和“非公平锁”。公平锁,是按照通过CLH等待线程按照先来先得的规则,公平的获取锁;而非公平锁,则当线程要获取锁时,它会无视CLH等待队列而直接获取锁。独占锁的典型实例子是ReentrantLock,此外,ReentrantReadWriteLock.WriteLock也是独占锁。
        (02) 共享锁 -- 能被多个线程同时拥有,能被共享的锁。JUC包中的ReentrantReadWriteLock.ReadLock,CyclicBarrier, CountDownLatch和Semaphore都是共享锁。这些锁的用途和原理,在以后的章节再详细介绍。

    3. CLH队列 -- Craig, Landin, and Hagersten lock queue
        CLH队列是AQS中“等待锁”的线程队列。在多线程中,为了保护竞争资源不被多个线程同时操作而起来错误,我们常常需要通过锁来保护这些资源。在独占锁中,竞争资源在一个时间点只能被一个线程锁访问;而其它线程则需要等待。CLH就是管理这些“等待锁”的线程的队列。
        CLH是一个非阻塞的 FIFO 队列。也就是说往里面插入或移除一个节点的时候,在并发条件下不会阻塞,而是通过自旋锁和 CAS 保证节点插入和移除的原子性。

    4. CAS函数 -- Compare And Swap 
        CAS函数,是比较并交换函数,它是原子操作函数;即,通过CAS操作的数据都是以原子方式进行的。例如,compareAndSetHead(), compareAndSetTail(), compareAndSetNext()等函数。它们共同的特点是,这些函数所执行的动作是以原子的方式进行的。

    本章是围绕“公平锁”如何获取锁而层次展开。“公平锁”涉及到的知识点比较多,但总的来说,不是特别难;如果读者能读懂AQS和ReentrantLock.java这两个类的大致意思,理解锁的原理和机制也就不成问题了。本章只是作者本人对锁的一点点理解,希望这部分知识能帮助您了解“公平锁”的获取过程,认识“锁”的框架。

    ReentrantLock数据结构

    ReentrantLock的UML类图

    从图中可以看出:
    (01) ReentrantLock实现了Lock接口。
    (02) ReentrantLock与sync是组合关系。ReentrantLock中,包含了Sync对象;而且,Sync是AQS的子类;更重要的是,Sync有两个子类FairSync(公平锁)和NonFairSync(非公平锁)。ReentrantLock是一个独占锁,至于它到底是公平锁还是非公平锁,就取决于sync对象是"FairSync的实例"还是"NonFairSync的实例"。

    参考代码

    下面给出Java1.7.0_40版本中,ReentrantLock和AQS的源码,仅供参考!

    ReentranLock.java

     View Code

    AQS(AbstractQueuedSynchronizer.java)

     View Code

    获取公平锁(基于JDK1.7.0_40)

    通过前面“Java多线程系列--“JUC锁”02之 互斥锁ReentrantLock”的“示例1”,我们知道,获取锁是通过lock()函数。下面,我们以lock()对获取公平锁的过程进行展开。

    1. lock()

    lock()在ReentrantLock.java的FairSync类中实现,它的源码如下:

    final void lock() {
        acquire(1);
    }

    说明:“当前线程”实际上是通过acquire(1)获取锁的。
            这里说明一下“1”的含义,它是设置“锁的状态”的参数。对于“独占锁”而言,锁处于可获取状态时,它的状态值是0;锁被线程初次获取到了,它的状态值就变成了1。
            由于ReentrantLock(公平锁/非公平锁)是可重入锁,所以“独占锁”可以被单个线程多此获取,每获取1次就将锁的状态+1。也就是说,初次获取锁时,通过acquire(1)将锁的状态值设为1;再次获取锁时,将锁的状态值设为2;依次类推...这就是为什么获取锁时,传入的参数是1的原因了。
            可重入就是指锁可以被单个线程多次获取。

    2. acquire()

    acquire()在AQS中实现的,它的源码如下:

    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }

    (01) “当前线程”首先通过tryAcquire()尝试获取锁。获取成功的话,直接返回;尝试失败的话,进入到等待队列排序等待(前面还有可能有需要线程在等待该锁)。
    (02) “当前线程”尝试失败的情况下,先通过addWaiter(Node.EXCLUSIVE)来将“当前线程”加入到"CLH队列(非阻塞的FIFO队列)"末尾。CLH队列就是线程等待队列。
    (03) 再执行完addWaiter(Node.EXCLUSIVE)之后,会调用acquireQueued()来获取锁。由于此时ReentrantLock是公平锁,它会根据公平性原则来获取锁。
    (04) “当前线程”在执行acquireQueued()时,会进入到CLH队列中休眠等待,直到获取锁了才返回!如果“当前线程”在休眠等待过程中被中断过,acquireQueued会返回true,此时"当前线程"会调用selfInterrupt()来自己给自己产生一个中断。至于为什么要自己给自己产生一个中断,后面再介绍。

    上面是对acquire()的概括性说明。下面,我们将该函数分为4部分来逐步解析。
    一. tryAcquire()
    二. addWaiter()
    三. acquireQueued()
    四. selfInterrupt()

    一. tryAcquire()

    1. tryAcquire()

    公平锁的tryAcquire()在ReentrantLock.java的FairSync类中实现,源码如下:

    复制代码
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        // 获取“当前线程”
        final Thread current = Thread.currentThread();
        // 获取“独占锁”的状态
        int c = getState();
        // c=0意味着“锁没有被任何线程锁拥有”,
        if (c == 0) {
            // 若“锁没有被任何线程锁拥有”,
            // 则判断“当前线程”是不是CLH队列中的第一个线程线程,
            // 若是的话,则获取该锁,设置锁的状态,并切设置锁的拥有者为“当前线程”。
            if (!hasQueuedPredecessors() &&
                compareAndSetState(0, acquires)) {
                setExclusiveOwnerThread(current);
                return true;
            }
        }
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            // 如果“独占锁”的拥有者已经为“当前线程”,
            // 则将更新锁的状态。
            int nextc = c + acquires;
            if (nextc < 0)
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            setState(nextc);
            return true;
        }
        return false;
    }
    复制代码

    说明:根据代码,我们可以分析出,tryAcquire()的作用就是尝试去获取锁。注意,这里只是尝试!
             尝试成功的话,返回true;尝试失败的话,返回false,后续再通过其它办法来获取该锁。后面我们会说明,在尝试失败的情况下,是如何一步步获取锁的。

    2. hasQueuedPredecessors()

    hasQueuedPredecessors()在AQS中实现,源码如下:

    复制代码
    public final boolean hasQueuedPredecessors() {
        Node t = tail; 
        Node h = head;
        Node s;
        return h != t &&
            ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
    }
    复制代码

    说明: 通过代码,能分析出,hasQueuedPredecessors() 是通过判断"当前线程"是不是在CLH队列的队首,来返回AQS中是不是有比“当前线程”等待更久的线程。下面对head、tail和Node进行说明。

    3. Node的源码

    Node就是CLH队列的节点。Node在AQS中实现,它的数据结构如下:

    复制代码
    private transient volatile Node head;    // CLH队列的队首
    private transient volatile Node tail;    // CLH队列的队尾
    
    // CLH队列的节点
    static final class Node {
        static final Node SHARED = new Node();
        static final Node EXCLUSIVE = null;
    
        // 线程已被取消,对应的waitStatus的值
        static final int CANCELLED =  1;
        // “当前线程的后继线程需要被unpark(唤醒)”,对应的waitStatus的值。
        // 一般发生情况是:当前线程的后继线程处于阻塞状态,而当前线程被release或cancel掉,因此需要唤醒当前线程的后继线程。
        static final int SIGNAL    = -1;
        // 线程(处在Condition休眠状态)在等待Condition唤醒,对应的waitStatus的值
        static final int CONDITION = -2;
        // (共享锁)其它线程获取到“共享锁”,对应的waitStatus的值
        static final int PROPAGATE = -3;
    
        // waitStatus为“CANCELLED, SIGNAL, CONDITION, PROPAGATE”时分别表示不同状态,
        // 若waitStatus=0,则意味着当前线程不属于上面的任何一种状态。
        volatile int waitStatus;
    
        // 前一节点
        volatile Node prev;
    
        // 后一节点
        volatile Node next;
    
        // 节点所对应的线程
        volatile Thread thread;
    
        // nextWaiter是“区别当前CLH队列是 ‘独占锁’队列 还是 ‘共享锁’队列 的标记”
        // 若nextWaiter=SHARED,则CLH队列是“独占锁”队列;
        // 若nextWaiter=EXCLUSIVE,(即nextWaiter=null),则CLH队列是“共享锁”队列。
        Node nextWaiter;
    
        // “共享锁”则返回true,“独占锁”则返回false。
        final boolean isShared() {
            return nextWaiter == SHARED;
        }
    
        // 返回前一节点
        final Node predecessor() throws NullPointerException {
            Node p = prev;
            if (p == null)
                throw new NullPointerException();
            else
                return p;
        }
    
        Node() {    // Used to establish initial head or SHARED marker
        }
    
        // 构造函数。thread是节点所对应的线程,mode是用来表示thread的锁是“独占锁”还是“共享锁”。
        Node(Thread thread, Node mode) {     // Used by addWaiter
            this.nextWaiter = mode;
            this.thread = thread;
        }
    
        // 构造函数。thread是节点所对应的线程,waitStatus是线程的等待状态。
        Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Condition
            this.waitStatus = waitStatus;
            this.thread = thread;
        }
    }
    复制代码

    说明
    Node是CLH队列的节点,代表“等待锁的线程队列”。
    (01) 每个Node都会一个线程对应。
    (02) 每个Node会通过prev和next分别指向上一个节点和下一个节点,这分别代表上一个等待线程和下一个等待线程。
    (03) Node通过waitStatus保存线程的等待状态。
    (04) Node通过nextWaiter来区分线程是“独占锁”线程还是“共享锁”线程。如果是“独占锁”线程,则nextWaiter的值为EXCLUSIVE;如果是“共享锁”线程,则nextWaiter的值是SHARED。

    4. compareAndSetState()

    compareAndSetState()在AQS中实现。它的源码如下:

    protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
    }

    说明: compareAndSwapInt() 是sun.misc.Unsafe类中的一个本地方法。对此,我们需要了解的是 compareAndSetState(expect, update) 是以原子的方式操作当前线程;若当前线程的状态为expect,则设置它的状态为update。

    5. setExclusiveOwnerThread()

    setExclusiveOwnerThread()在AbstractOwnableSynchronizer.java中实现,它的源码如下:

    // exclusiveOwnerThread是当前拥有“独占锁”的线程
    private transient Thread exclusiveOwnerThread;
    protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread t) {
        exclusiveOwnerThread = t;
    }

    说明:setExclusiveOwnerThread()的作用就是,设置线程t为当前拥有“独占锁”的线程。

    6. getState(), setState()

    getState()和setState()都在AQS中实现,源码如下:

    复制代码
    // 锁的状态
    private volatile int state;
    // 设置锁的状态
    protected final void setState(int newState) {
        state = newState;
    }
    // 获取锁的状态
    protected final int getState() {
        return state;
    }
    复制代码

    说明:state表示锁的状态,对于“独占锁”而已,state=0表示锁是可获取状态(即,锁没有被任何线程锁持有)。由于java中的独占锁是可重入的,state的值可以>1。

    小结:tryAcquire()的作用就是让“当前线程”尝试获取锁。获取成功返回true,失败则返回false。

    二. addWaiter(Node.EXCLUSIVE)

    addWaiter(Node.EXCLUSIVE)的作用是,创建“当前线程”的Node节点,且Node中记录“当前线程”对应的锁是“独占锁”类型,并且将该节点添加到CLH队列的末尾。

    1.addWaiter()

    addWaiter()在AQS中实现,源码如下:

    复制代码
    private Node addWaiter(Node mode) {
        // 新建一个Node节点,节点对应的线程是“当前线程”,“当前线程”的锁的模型是mode。
        Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
        Node pred = tail;
        // 若CLH队列不为空,则将“当前线程”添加到CLH队列末尾
        if (pred != null) {
            node.prev = pred;
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                pred.next = node;
                return node;
            }
        }
        // 若CLH队列为空,则调用enq()新建CLH队列,然后再将“当前线程”添加到CLH队列中。
        enq(node);
        return node;
    }
    复制代码

    说明:对于“公平锁”而言,addWaiter(Node.EXCLUSIVE)会首先创建一个Node节点,节点的类型是“独占锁”(Node.EXCLUSIVE)类型。然后,再将该节点添加到CLH队列的末尾。

    2. compareAndSetTail()

    compareAndSetTail()在AQS中实现,源码如下:

    private final boolean compareAndSetTail(Node expect, Node update) {
        return unsafe.compareAndSwapObject(this, tailOffset, expect, update);
    }

    说明:compareAndSetTail也属于CAS函数,也是通过“本地方法”实现的。compareAndSetTail(expect, update)会以原子的方式进行操作,它的作用是判断CLH队列的队尾是不是为expect,是的话,就将队尾设为update。

    3. enq()

    enq()在AQS中实现,源码如下:

    复制代码
    private Node enq(final Node node) {
        for (;;) {
            Node t = tail;
            if (t == null) { // Must initialize
                if (compareAndSetHead(new Node()))
                    tail = head;
            } else {
                node.prev = t;
                if (compareAndSetTail(t, node)) {
                    t.next = node;
                    return t;
                }
            }
        }
    }
    复制代码

    说明: enq()的作用很简单。如果CLH队列为空,则新建一个CLH表头;然后将node添加到CLH末尾。否则,直接将node添加到CLH末尾。

    小结:addWaiter()的作用,就是将当前线程添加到CLH队列中。这就意味着将当前线程添加到等待获取“锁”的等待线程队列中了。

    三. acquireQueued()

    前面,我们已经将当前线程添加到CLH队列中了。而acquireQueued()的作用就是逐步的去执行CLH队列的线程,如果当前线程获取到了锁,则返回;否则,当前线程进行休眠,直到唤醒并重新获取锁了才返回。下面,我们看看acquireQueued()的具体流程。

    1. acquireQueued()

    acquireQueued()在AQS中实现,源码如下:

    复制代码
    final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true;
        try {
            // interrupted表示在CLH队列的调度中,
            // “当前线程”在休眠时,有没有被中断过。
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                // 获取上一个节点。
                // node是“当前线程”对应的节点,这里就意味着“获取上一个等待锁的线程”。
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return interrupted;
                }
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }
    复制代码

    说明:acquireQueued()的目的是从队列中获取锁。

    2. shouldParkAfterFailedAcquire()

    shouldParkAfterFailedAcquire()在AQS中实现,源码如下:

    复制代码
    // 返回“当前线程是否应该阻塞”
    private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
        // 前继节点的状态
        int ws = pred.waitStatus;
        // 如果前继节点是SIGNAL状态,则意味这当前线程需要被unpark唤醒。此时,返回true。
        if (ws == Node.SIGNAL)
            return true;
        // 如果前继节点是“取消”状态,则设置 “当前节点”的 “当前前继节点”  为  “‘原前继节点’的前继节点”。
        if (ws > 0) {
            do {
                node.prev = pred = pred.prev;
            } while (pred.waitStatus > 0);
            pred.next = node;
        } else {
            // 如果前继节点为“0”或者“共享锁”状态,则设置前继节点为SIGNAL状态。
            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
        }
        return false;
    }
    复制代码

    说明
    (01) 关于waitStatus请参考下表(中扩号内为waitStatus的值),更多关于waitStatus的内容,可以参考前面的Node类的介绍。

    CANCELLED[1]  -- 当前线程已被取消
    SIGNAL[-1]    -- “当前线程的后继线程需要被unpark(唤醒)”。一般发生情况是:当前线程的后继线程处于阻塞状态,而当前线程被release或cancel掉,因此需要唤醒当前线程的后继线程。
    CONDITION[-2] -- 当前线程(处在Condition休眠状态)在等待Condition唤醒
    PROPAGATE[-3] -- (共享锁)其它线程获取到“共享锁”
    [0]           -- 当前线程不属于上面的任何一种状态。

    (02) shouldParkAfterFailedAcquire()通过以下规则,判断“当前线程”是否需要被阻塞。

    规则1:如果前继节点状态为SIGNAL,表明当前节点需要被unpark(唤醒),此时则返回true。
    规则2:如果前继节点状态为CANCELLED(ws>0),说明前继节点已经被取消,则通过先前回溯找到一个有效(非CANCELLED状态)的节点,并返回false。
    规则3:如果前继节点状态为非SIGNAL、非CANCELLED,则设置前继的状态为SIGNAL,并返回false。

    如果“规则1”发生,即“前继节点是SIGNAL”状态,则意味着“当前线程”需要被阻塞。接下来会调用parkAndCheckInterrupt()阻塞当前线程,直到当前先被唤醒才从parkAndCheckInterrupt()中返回。

    3. parkAndCheckInterrupt())

    parkAndCheckInterrupt()在AQS中实现,源码如下:

    private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        // 通过LockSupport的park()阻塞“当前线程”。
        LockSupport.park(this);
        // 返回线程的中断状态。
        return Thread.interrupted();
    }

    说明:parkAndCheckInterrupt()的作用是阻塞当前线程,并且返回“线程被唤醒之后”的中断状态。
    它会先通过LockSupport.park()阻塞“当前线程”,然后通过Thread.interrupted()返回线程的中断状态。

    这里介绍一下线程被阻塞之后如何唤醒。一般有2种情况:
    第1种情况:unpark()唤醒。“前继节点对应的线程”使用完锁之后,通过unpark()方式唤醒当前线程。
    第2种情况:中断唤醒。其它线程通过interrupt()中断当前线程。

    补充:LockSupport()中的park(),unpark()的作用 和 Object中的wait(),notify()作用类似,是阻塞/唤醒。
    它们的用法不同,park(),unpark()是轻量级的,而wait(),notify()是必须先通过Synchronized获取同步锁。
    关于LockSupport,我们会在之后的章节再专门进行介绍!

    4. 再次tryAcquire()

    了解了shouldParkAfterFailedAcquire()和parkAndCheckInterrupt()函数之后。我们接着分析acquireQueued()的for循环部分。

    复制代码
    final Node p = node.predecessor();
    if (p == head && tryAcquire(arg)) {
        setHead(node);
        p.next = null; // help GC
        failed = false;
        return interrupted;
    }
    复制代码

    说明
    (01) 通过node.predecessor()获取前继节点。predecessor()就是返回node的前继节点,若对此有疑惑可以查看下面关于Node类的介绍。
    (02) p == head && tryAcquire(arg)
           首先,判断“前继节点”是不是CHL表头。如果是的话,则通过tryAcquire()尝试获取锁。
           其实,这样做的目的是为了“让当前线程获取锁”,但是为什么需要先判断p==head呢?理解这个对理解“公平锁”的机制很重要,因为这么做的原因就是为了保证公平性!
           (a) 前面,我们在shouldParkAfterFailedAcquire()我们判断“当前线程”是否需要阻塞;
           (b) 接着,“当前线程”阻塞的话,会调用parkAndCheckInterrupt()来阻塞线程。当线程被解除阻塞的时候,我们会返回线程的中断状态。而线程被解决阻塞,可能是由于“线程被中断”,也可能是由于“其它线程调用了该线程的unpark()函数”。
           (c) 再回到p==head这里。如果当前线程是因为其它线程调用了unpark()函数而被唤醒,那么唤醒它的线程,应该是它的前继节点所对应的线程(关于这一点,后面在“释放锁”的过程中会看到)。 OK,是前继节点调用unpark()唤醒了当前线程!
                此时,再来理解p==head就很简单了:当前继节点是CLH队列的头节点,并且它释放锁之后;就轮到当前节点获取锁了。然后,当前节点通过tryAcquire()获取锁;获取成功的话,通过setHead(node)设置当前节点为头节点,并返回。
           总之,如果“前继节点调用unpark()唤醒了当前线程”并且“前继节点是CLH表头”,此时就是满足p==head,也就是符合公平性原则的。否则,如果当前线程是因为“线程被中断”而唤醒,那么显然就不是公平了。这就是为什么说p==head就是保证公平性!


    小结:acquireQueued()的作用就是“当前线程”会根据公平性原则进行阻塞等待,直到获取锁为止;并且返回当前线程在等待过程中有没有并中断过。

    四. selfInterrupt()

    selfInterrupt()是AQS中实现,源码如下:

    private static void selfInterrupt() {
        Thread.currentThread().interrupt();
    }

    说明:selfInterrupt()的代码很简单,就是“当前线程”自己产生一个中断。但是,为什么需要这么做呢?
    这必须结合acquireQueued()进行分析。如果在acquireQueued()中,当前线程被中断过,则执行selfInterrupt();否则不会执行。

    在acquireQueued()中,即使是线程在阻塞状态被中断唤醒而获取到cpu执行权利;但是,如果该线程的前面还有其它等待锁的线程,根据公平性原则,该线程依然无法获取到锁。它会再次阻塞! 该线程再次阻塞,直到该线程被它的前面等待锁的线程锁唤醒;线程才会获取锁,然后“真正执行起来”!
    也就是说,在该线程“成功获取锁并真正执行起来”之前,它的中断会被忽略并且中断标记会被清除! 因为在parkAndCheckInterrupt()中,我们线程的中断状态时调用了Thread.interrupted()。该函数不同于Thread的isInterrupted()函数,isInterrupted()仅仅返回中断状态,而interrupted()在返回当前中断状态之后,还会清除中断状态。 正因为之前的中断状态被清除了,所以这里需要调用selfInterrupt()重新产生一个中断!

    小结:selfInterrupt()的作用就是当前线程自己产生一个中断。

    总结

    再回过头看看acquire()函数,它最终的目的是获取锁!

    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }

    (01) 先是通过tryAcquire()尝试获取锁。获取成功的话,直接返回;尝试失败的话,再通过acquireQueued()获取锁。
    (02) 尝试失败的情况下,会先通过addWaiter()来将“当前线程”加入到"CLH队列"末尾;然后调用acquireQueued(),在CLH队列中排序等待获取锁,在此过程中,线程处于休眠状态。直到获取锁了才返回。 如果在休眠等待过程中被中断过,则调用selfInterrupt()来自己产生一个中断。

    ReentranLock.java

     View Code


    AQS(AbstractQueuedSynchronizer.java)

     View Code

    释放公平锁(基于JDK1.7.0_40)

    1. unlock()

    unlock()在ReentrantLock.java中实现的,源码如下:

    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    说明
    unlock()是解锁函数,它是通过AQS的release()函数来实现的。
    在这里,“1”的含义和“获取锁的函数acquire(1)的含义”一样,它是设置“释放锁的状态”的参数。由于“公平锁”是可重入的,所以对于同一个线程,每释放锁一次,锁的状态-1。

    关于AQS, ReentrantLock 和 sync的关系如下:

    复制代码
    public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {
    
        private final Sync sync;
    
        abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
            ...
        }
    
        ...
    }
    复制代码

    从中,我们发现:sync是ReentrantLock.java中的成员对象,而Sync是AQS的子类。

    2. release()

    release()在AQS中实现的,源码如下:

    复制代码
    public final boolean release(int arg) {
        if (tryRelease(arg)) {
            Node h = head;
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                unparkSuccessor(h);
            return true;
        }
        return false;
    }
    复制代码

    说明
    release()会先调用tryRelease()来尝试释放当前线程锁持有的锁。成功的话,则唤醒后继等待线程,并返回true。否则,直接返回false。

    3. tryRelease()

    tryRelease()在ReentrantLock.java的Sync类中实现,源码如下:

    复制代码
    protected final boolean tryRelease(int releases) {
        // c是本次释放锁之后的状态
        int c = getState() - releases;
        // 如果“当前线程”不是“锁的持有者”,则抛出异常!
        if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
            throw new IllegalMonitorStateException();
    
        boolean free = false;
        // 如果“锁”已经被当前线程彻底释放,则设置“锁”的持有者为null,即锁是可获取状态。
        if (c == 0) {
            free = true;
            setExclusiveOwnerThread(null);
        }
        // 设置当前线程的锁的状态。
        setState(c);
        return free;
    }
    复制代码

    说明
    tryRelease()的作用是尝试释放锁。
    (01) 如果“当前线程”不是“锁的持有者”,则抛出异常。
    (02) 如果“当前线程”在本次释放锁操作之后,对锁的拥有状态是0(即,当前线程彻底释放该“锁”),则设置“锁”的持有者为null,即锁是可获取状态。同时,更新当前线程的锁的状态为0。
    getState(), setState()在前一章已经介绍过,这里不再说明。
    getExclusiveOwnerThread(), setExclusiveOwnerThread()在AQS的父类AbstractOwnableSynchronizer.java中定义,源码如下:

    复制代码
    public abstract class AbstractOwnableSynchronizer
        implements java.io.Serializable {
    
        // “锁”的持有线程
        private transient Thread exclusiveOwnerThread;
    
        // 设置“锁的持有线程”为t
        protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread t) {
            exclusiveOwnerThread = t;
        }
    
        // 获取“锁的持有线程”
        protected final Thread getExclusiveOwnerThread() {
            return exclusiveOwnerThread;
        }
       
        ...
    }
    复制代码

    4. unparkSuccessor()

    在release()中“当前线程”释放锁成功的话,会唤醒当前线程的后继线程。
    根据CLH队列的FIFO规则,“当前线程”(即已经获取锁的线程)肯定是head;如果CLH队列非空的话,则唤醒锁的下一个等待线程。
    下面看看unparkSuccessor()的源码,它在AQS中实现。

    复制代码
    private void unparkSuccessor(Node node) {
        // 获取当前线程的状态
        int ws = node.waitStatus;
        // 如果状态<0,则设置状态=0
        if (ws < 0)
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
    
        //获取当前节点的“有效的后继节点”,无效的话,则通过for循环进行获取。
        // 这里的有效,是指“后继节点对应的线程状态<=0”
        Node s = node.next;
        if (s == null || s.waitStatus > 0) {
            s = null;
            for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
                if (t.waitStatus <= 0)
                    s = t;
        }
        // 唤醒“后继节点对应的线程”
        if (s != null)
            LockSupport.unpark(s.thread);
    }
    复制代码

    说明
    unparkSuccessor()的作用是“唤醒当前线程的后继线程”。后继线程被唤醒之后,就可以获取该锁并恢复运行了。
    关于node.waitStatus的说明,请参考“上一章关于Node类的介绍”。

    总结

    “释放锁”的过程相对“获取锁”的过程比较简单。释放锁时,主要进行的操作,是更新当前线程对应的锁的状态。如果当前线程对锁已经彻底释放,则设置“锁”的持有线程为null,设置当前线程的状态为空,然后唤醒后继线程。

  • 相关阅读:
    如何在一个页面后面随机跳转到多个链接地址Math.floor()和Math.random()
    thinkphp中volist标签
    PHP中删除数组空值的方法
    PHP实现四种基本排序算法
    如何解决自动加载与模板中(如Smarty)的自动加载冲突的问题
    GD库常用函数
    内网最小化安装CentOS后,想安装ISO文件中的包怎么办呢?
    Elasticsearch插件安装
    python类的反射使用方法
    python类的继承
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/kexianting/p/8550975.html
Copyright © 2020-2023  润新知