JDK中AbstractQueuedSynchronizer应用解析
这个类首先是一个抽象类,定义了一个模板,很多java同步相关的类(ReetrantLock、Semaphore、CountDownLatch等)都是基于AbstractQueuedSynchronizer来实现的
AbstractQueuedSynchronizer
本身就是一个链表,提供的线程安全的操作。核心思想是通过CAS插入链表的尾部和获取链表的头结点。算法暂时先不谈,先说说他的应用,主要下先说说他的一些模板方法。
AbstractQueuedSynchronizer#acquire()
public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();
}
其中tryAcquire()就是一个模板方法,当tryAcquire()返回false的时候,就会把当前线程封装为Node(链表的数据结构),然后挂起(使用LockSuport.park())当前线程。
其实在从队列中获取头节点的时候并恢复的时候,也会调用tryAcquire()方法,因为对一些非公平锁可能被强占。
AbstractQueuedSynchronizer#release()
和acquire()对应的就是release()
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()也是一个模板方法,由子类自己去实现。如果tryRelease()返回true的话,就会从链表中获取头节点(如果有),并恢复线程。 因此,java并发包里很多都会用到这个来进行自定义。下面说举一个例子说说明如何利用上面2个模板方法来实现并发的
ReentrantLock
ReentrantLock的并发控制是通过继承AbstractQueuedSynchronizer()来实现并发的。abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer{...
}
而公平锁和非公平锁又是继承了Sync, 以默认的非公平锁分析,首先来tryAcquire(),通过注释可以看出基本步骤,如果要实现公平锁也很简单,在当前线程没有占有的情况下,多增加一个判断链表是否有等待的线程即可
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {return nonfairTryAcquire(acquires);
}final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {final Thread current = Thread.currentThread();int c = getState();// 0 表示当前没有其他线程占用if (c == 0) {//通过cas的方式来设置state,如果设置成功,则认为当前线程可以获取锁,cas失败则任务其他线程比他快一步占用if (compareAndSetState(0, acquires)) {//设置当前线程独占setExclusiveOwnerThread(current);//返回true,即不需要放入等待的链表中return true;}}//如果当前线程本来就占有锁else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {//占用的次数+1,这也是为什么 lock()和unlock()需要一一对应int nextc = c + acquires;//说明同一个线程lock()的次数为int的最大值if (nextc < 0) // overflowthrow new Error("Maximum lock count exceeded");// 设置state,返回获取锁成功setState(nextc);return true;}return false;
}
再来看看tryRelease()
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;
}
因为释放锁的时候并没有并发情况,只要保证当state为0的时候,设置独占锁为null并返回true即可。代码很简单。
小结
有人看到这里觉得,ReentrantLock是通过lock()和unlock()方法来加锁解锁的,和你说的acquire()和release()有什么关系呢?其实lock()的核心就是调用acquire(1),unlock()就是调用release(1)
AbstractQueuedSynchronizer#acquireShared()
acquireShared()和acquire()类似,只不过在调用的是
public final void acquireShared(int arg) {if (tryAcquireShared(arg) < 0)doAcquireShared(arg);
}
tryAcquireShared()是模板方法,可以简单的理解为是把boolean类型换位int类型的acquire()
AbstractQueuedSynchronizer#releaseShared()
和acquireShared()对应acquire(),releaseShared()就是对应release(),就不在赘述
public final boolean releaseShared(int arg) {if (tryReleaseShared(arg)) {doReleaseShared();return true;}return false;
}
下面再举个例子说明acquireShared()和releaseShared()的使用
Semaphore
Semaphore就是允许指定数量的线程进行入临界区。看看是什么实现,其实Semaphore的内部结构和ReentrantLock差不多,主要就是看看他是如何利用AbstractQueuedSynchronizer来实现并发的。首先看看如何利用tryAcquireShared()控制并发线程数的。
protected int tryAcquireShared(int acquires) {return nonfairTryAcquireShared(acquires);
}final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {for (;;) {int available = getState();int remaining = available - acquires;if (remaining < 0 ||compareAndSetState(available, remaining))return remaining;}
}
是不是很简单,就是利用CAS来改变available值来控制,而available就是我们自己定义的能够进入临界区的最大线程数 那么releaseShared()是怎么实现的,其实简单一想也应该是增加available值
protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {for (;;) {int current = getState();int next = current + releases;if (next < current) // overflowthrow new Error("Maximum permit count exceeded");if (compareAndSetState(current, next))return true;}
}
## 小节
可以看出AbstractQueuedSynchronizer主要用分为共享锁和独占锁,对于共享锁就像是一个计数器,每次获取锁的时候计数器-1,释放的时候计数器+1。
ReentrantReadWriteLock
ReentrantReadWriteLock是读写锁,每个读锁之间是不竞争锁的,但读锁和写锁、写锁和写锁之间是竞争关系。这个并发类就是综合利用上面所说的内容。首先看一下内部结构
private final ReentrantReadWriteLock.ReadLock readerLock;private final ReentrantReadWriteLock.WriteLock writerLock;final Sync sync;
成员变量分别是读锁和写锁(内部类)和一个继承了AbstractQueuedSynchronizer的Sync类,如果理解了上面的ReentrantLock和Semaphore,我们自己进行推敲一下,应该是读锁应该是和Semaphore类似,而写锁应该是和ReentrantLock类似。虽然这么说,还是有许多细节需要注意的:
- 如果保证非公平锁下,写锁不会饿死?
- 一个AbstractQueuedSynchronizer只有一个state字段,那么是如何保存读写的数量和写锁的数量呢?
- 对于读锁,如何知道当前自己持有多少个单位的锁呢
上面都是需要在设计读写锁需要考虑的地方,相信你看了源码就会知道答案!
转载于:https://www.cnblogs.com/lizo/p/7259852.html
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