AbstractQueuedSynchronizer- 独占锁实

2021-02-28 本文已影响0人凯玲之恋

1-ReentrantLock

ReentrantLock是独占锁，而且内部可以是公平锁，非公平锁；
公平锁：
公平锁：加锁钱需要检查是否还有在排队(等待)的线程，优先排队的

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

非公平锁：
加锁时无需考虑之前是否有线程等待，直接尝试获取锁，获取失败会自动追加到同步队列队尾

   final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }

2 上锁流程

2.1 acquire方法

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

    protected boolean tryAcquire(int var1) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

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

涉及简单方法分析：

tryAcquire方法直接抛出异常，也即是自定义独占锁必须实现这个方法；
selfInterrupt 获取锁的线程进行中断操作，这个并不一定导致线程停止

2.2 addWaiter方法

整体来说，就是加入一个节点到队列尾部；如果未初始化队列，则进行初始化（延时策略）

private Node addWaiter(Node mode) {
        Node node = new Node(mode);

        for (;;) {
            Node oldTail = tail;
            if (oldTail != null) {
                U.putObject(node, Node.PREV, oldTail);
                if (compareAndSetTail(oldTail, node)) {
                    oldTail.next = node;
                    return node;
                }
            } else {
                initializeSyncQueue();
            }
        }
    }

首先生成一个Node节点，这个节点nextWaiter为空（Node.EXCLUSIVE为空对象）；独占锁的nextWaiter为空
for循环自旋
如果队列未进行初始化，则initializeSyncQueue进行初始化，如果不成功，继续此步骤直至成功
加入队列尾部

2.3 acquireQueued方法

    final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    return interrupted;
                }
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } catch (Throwable t) {
            cancelAcquire(node);
            throw t;
        }
    }

for循环自旋；如果其是头节点下的第一个节点，如果尝试获取资源成功，则进行设置为队列头，释放之前头节点，并返回false；返回false，则意味线程跳出自旋，可以继续执行
如果不是锁等待队列的第二个，则执行shouldParkAfterFailedAcquire方法，如果为true，继续执行parkAndCheckInterrupt方法
shouldParkAfterFailedAcquire方法执行后，返回false会去掉取消的节点，之后如果未有状态变化（比如外部取消线程，打断等操作），则会返回true，可以详细看下面方法源码

2.4 shouldParkAfterFailedAcquire方法

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
        int ws = pred.waitStatus;
        if (ws == Node.SIGNAL)
            return true;
        if (ws > 0) {
            do {
                node.prev = pred = pred.prev;
            } while (pred.waitStatus > 0);
            pred.next = node;
        } else {
            pred.compareAndSetWaitStatus(ws, Node.SIGNAL);
        }
        return false;
    }

如果node 前一个节点pred节点已经是等待唤醒状态，则返回true，表示当线线程应该被暂停
如果node前一个节点状态大于0，暂时好像只有取消状态的，则找到一个状态小于等于0的，并是node为其后继节点，则寻找过程中的节点都会被移除队列，返回false
如果node前一个节点已经是小于等于0了，这时把前一个几点的状态置为等待唤醒-1，返回false

2.6 parkAndCheckInterrupt方法

   private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        LockSupport.park(this);
        return Thread.interrupted();
    }

暂停正在执行的线程，并返回打断状态

3 释放锁流程

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

tryRelease需要自定义实现，否则直接抛出异常
如果头节点不是正在运行状态，则解锁头节点线程，释放锁成功
否则不需要释放锁，或者释放失败（按照正常，在锁等待队列中，独占锁/条件锁，都会为signal状态，为共享锁为signal或者PROPAGATE状态）

3.1 unparkSuccessor方法

    private void unparkSuccessor(Node node) {
        int ws = node.waitStatus;
        if (ws < 0)
            node.compareAndSetWaitStatus(ws, 0);
        Node s = node.next;
        if (s == null || s.waitStatus > 0) {
            s = null;
            for (Node p = tail; p != node && p != null; p = p.prev)
                if (p.waitStatus <= 0)
                    s = p;
        }
        if (s != null)
            LockSupport.unpark(s.thread);
    }

CAS操作，释放头节点状态设置为0
从头结点后寻找一个节点不为空，且节点为0的节点，释放此节点的线程（上述获取资源时，进行自旋，去除头结点后的取消的节点后的第一个节点才可以获取资源）

4 独占锁原理小结

nextWaiter为空
排队等锁的队列，头优先获取资源（对于非公平锁，新获取未排队的线程也会获取锁）；尝试获取资源的线程排队到队尾
获取资源失败的线程，被挂起；持有线程执行完毕，则头节点的下一个节点恢复执行，尝试获取资源（非公平锁，会和新获取锁未排队进来的线程争夺锁）成功后继续执行其任务，失败线程挂起，并置为等待唤醒状态
可重入锁，即当前线程再次获取资源，状态+1，释放资源状态-1，如果是0，则是当前线程完全释放了资源，其它排队线程可以获取资源了；代码如下：非公平锁的代码


   final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

        protected final boolean tryRelease(int releases) {
            int c = getState() - releases;
            if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            boolean free = false;
            if (c == 0) {
                free = true;
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            setState(c);
            return free;
        }

参考

AbstractQueuedSynchronizer原理解析

AbstractQueuedSynchronizer- 独占锁实

1-ReentrantLock

2 上锁流程

2.1 acquire方法

2.2 addWaiter方法

2.3 acquireQueued方法

2.4 shouldParkAfterFailedAcquire方法

2.6 parkAndCheckInterrupt方法

3 释放锁流程

3.1 unparkSuccessor方法

4 独占锁原理小结

参考

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