目录
一、并发同步器-设计同步器的意义
Java锁体系:
二、synchronized使用与原理详解
Java线程生命状态:
2.1、synchronized使用示例:
2.2、synchronized底层原理
2.2.1、对象的内存布局
2.2.2、锁的膨胀升级过程
三、Lock
3.1、ReentrantLock源码
3.2、ReentrantReadWriterlock源码
四、AbstractQueuedSynchronizer(AQS)
juc并发编程包依赖于AQS的内部实现:
AQS框架-管理状态:
4.1、同步等待队列
4.2、条件等待队列
4.3、公平锁
4.4、非公平锁
4.5、重入锁
4.6、不可重入锁
4.7、读写锁
一、并发同步器-设计同步器的意义
多线程编程中,有可能会出现多个线程同时访问同一个共享、可变资源的情况,这个资源我们称之其为临界资源;这种资源可能是:对象、变量、文件等。
共享:资源可以由多个线程同时访问。
可变:资源可以在其生命周期内被修改。
引出的问题: 由于线程执行的过程是不可控的,所以需要采用同步机制来协同对 对象可变状态的访问。
那么我们怎么解决线程并发安全问题?
实际上,所有的并发模式在解决线程安全问题时,采用的方案都是
序列化访问临界资源
。即在同一时刻,只能有一个线程访问临界资源,也称作
同步互斥访问。
Java 中,提供了两种方式来实现同步互斥访问:
synchronized
和
Lock
同步器的本质就是加锁。
加锁目的:
序列化访问临界资源
,即同一时刻只能有一个线程访问临界资源(
同步互斥访问)。
不过有一点需要区别的是:当多个线程执行一个方法时,该方法内部的局部变量并不是临界资源,因为这些局部变量是在每个线程的私有栈中,因此不具有共享性,不会导致线程安全问题。
Java锁体系:
二、synchronized使用与原理详解
Java线程生命状态:
synchronized内置锁是一种
对象锁(锁的是对象而非引用。即使加在静态方法上成为类锁,类锁和一般对象锁也是互不干扰的。每个类只有一个类锁,类锁只是一个概念上的东西,并不是真实存在的。实际类锁使用时还是相当于是new了个对象,还是对象锁,但只都是同一个new对象,只有一个类锁。
),作用粒度是对象,可以用来实现对临界资源的同步互斥访问,是可重入的。
加锁的方式:
- 同步实例方法,锁是当前实例对象;会锁住整个对象实例。
- 同步代码块,锁是括号里面的对象。只锁代码块。
- 同步类方法(加在static静态方法上),锁是当前类对象,类对象只有一个,即如果两个线程调用同一个类锁,是能锁住的;
2.1、synchronized使用示例:
1、synchronized直接修饰普通方法,会把整个实例锁住。如果是new两个实例,则互不干扰。
/**
* synchronized直接修饰普通方法,会把整个实例锁住。如果是new两个实例,则互不干扰。
*/
public class MyObject {
//synchronized修饰为同步方法,如果先调用method1,则4秒后才会调用method2
private synchronized void method1(){
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//如果不用synchronized修饰,则可以直接异步调用,没有影响
private void method2(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
public static void main(String[] args) {
//创建一个对象,t1走完才会走t2.
MyObject myObject=new MyObject();
Thread t1=new Thread (new Runnable() {
@Override
public void run() {
myObject.method1();
}
},"t1");
Thread t2=new Thread (new Runnable() {
@Override
public void run() {
myObject.method1();
}
},"t2");
t1.start();
t2.start();
//创建两个对象,t3和t1\t2互不干扰。
MyObject myObject02=new MyObject();
Thread t3=new Thread (new Runnable() {
@Override
public void run() {
myObject02.method1();
}
},"t2");
t3.start();
}
}
2、synchronized修饰的代码块传入this也属于对象锁。但能减小锁粒度,只同步代码块。对于对象锁(this),如果是同一个实例,就会锁住、按顺序访问,但是如果是不同实例,就可以同时访问。多例的是锁不住的。
//如下,m1和m2锁的不是一个对象,互不干扰。且只锁代码块。this是当前对象。
class ThisLock2 {
private final Object LOCK = new Object();
public void m2() {
synchronized (LOCK) {
try {
System.out.println(Thread.currentThread());
Thread.sleep(10_000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public void m1() {
synchronized (this) {
try {
System.out.println(Thread.currentThread());
Thread.sleep(10_000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
3、类锁相关
package my.mark.mybaibaoxiang.concurrent.jmmAndVolatile.lock;
/**
* @author twotiger-wxm.
* 验证对象锁和类锁互不干扰,类锁只是一个概念上的东西,并不是真实存在的。
* 就相当于下方示例中,
* testClassLock.duixiangLock();和TestClassLock.classLock();
* 调用的是两个实例。
* 每个类只有一个类锁,多线程调用同一个类锁是能锁住的。
*/
public class TestClassLock {
public static synchronized void classLock(){
int i=0;
while (i++<500){
System.out.println("类锁=="+i+Thread.currentThread().getName());
/*try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}*/
}
}
public synchronized void duixiangLock(){
int i=0;
while (i++<500){
System.out.println("对象锁=="+i+Thread.currentThread().getName());
/*try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}*/
}
}
public static void main(String[] args) {
TestClassLock testClassLock = new TestClassLock();
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
testClassLock.duixiangLock();
//TestClassLock.classLock();//TODO 如果两个线程都用类锁,是能锁住的,执行完一个才会执行另一个。
}
},"t-duixiang");
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
TestClassLock.classLock();
}
},"t-class");
t1.start();
t2.start();
}
}
2.2、synchronized底层原理
synchronized是基于JVM内置锁实现,JVM内置锁通过synchronized使用,通过内部对象
Monitor(监视器锁)
实现,基于进入与退出Monitor
对象实现方法与代码块同步,监视器锁的实现依赖底层操作系统的
Mutex lock(互斥锁)
实现,它是一个重量级锁性能较低。当然,
JVM内置锁在1.5之后版本做了重大的优化,
如锁粗化(Lock Coarsening)、锁消除(Lock Elimination)、轻量级锁(Lightweight
Locking)、偏向锁(Biased Locking)、适应性自旋(Adaptive Spinning)等技术来减少锁操作的开销
,内置锁的并发性能已经基本与Lock持平。
synchronized关键字被编译成字节码后会被翻译成
monitorenter 和 monitorexit 两条指令分别在同步块逻辑代码的起始位置与结束位置。
这个enter和exit对应JMM内存模型内存交互的八大原子操作的lock和unlock。
每个对象都有一个自己的Monitor(
管程,监视器锁
),加锁过程如下图所示:
很多线程请求过来之后,会抢monitor,抢到的去执行。抢不到的进入waitSet等待队列。Exit释放锁释放monitor之后,通知队列里的去抢锁。
那么有个问题来了,我们知道synchronized加锁加在对象上,对象是如何记录锁状态的呢?
答案是锁状态是被记录在每个对象的对象头(Mark Word)中,下面我们一起认识一下对象的内存布局
对象的内存布局。
2.2.1、对象的内存布局
Java内存区域:
HotSpot虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为三块区域:对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)。
- 对象头:比如 hash码,对象所属的年代,对象锁,锁状态标志,偏向锁(线程)ID,偏向时间,数组长度(数组对象)等。
- 实例数据:即创建对象时,对象中成员变量,方法等。
- 对齐填充:对象的大小必须是8字节的整数倍。
实例对象内存中存储在哪?
如果实例对象存储在堆区时:实例对象内存存在堆区,实例的引用存在栈上,实例的元数据class存在方法区或者元空间。
但实例对象不一定是存在堆区的,如果实例对象没有线程逃逸行为,则会直接在栈上。参见逃逸分析。
new对象与类元数据比较:
1、每new一个对象都有。但32位和64位的对象头记录不一样。
2、元数据指针指向元空间的类。
3、new出来的对象跟元空间的类元数据,结构几乎是一样的。
对象头:
HotSpot虚拟机的
对象头
包括两部分信息,
第一部分是
“Mark Word
”,用于存储对象自身的运行时数据, 如哈希码(HashCode)、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳
等等,这部分数据的长度在32位和
64位的虚拟机(暂不考虑开启压缩指针的场景)中分别为32个和64个Bits,官方称它为“Mark Word”。对象需要存储的运行时数据很多,其实已经超出了32、64位Bitmap结构所能记录的限度,但是对象头信息是与对象自身定义的数据无关的额外存储成本,考虑到虚拟机的空间效率,Mark Word被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间内 存储尽量多的信息,它会根据对象的状态复用自己的存储空间。例如在32位的HotSpot虚拟机 中对象未被锁定的状态下,MarkWord的32个Bits空间中的25Bits用于存储对象哈希码(HashCode),4Bits用于存储对象分代年龄,2Bits用于存储锁标志位,1Bit固定为0,在其他状态(轻量级锁定、重量级锁定、GC标记、可偏向)下对象的存储内容如下表所示:
但是如果对象是数组类型,则需要三个机器码,因为JVM虚拟机可以通过Java对象的元数据信息确定Java对象的大小,但是无法从数组的元数据来确认数组的大小,所以用一块来记录数组长度。
Mark Word:
对象头信息是与对象自身定义的数据无关的额外存储成本,但是考虑到虚拟机的空间效率,Mark Word被设计成一个非固定的
数据结构
以便在极小的空间内存 存储尽量多的数据,它会根据对象的状态复用自己的存储空间,也就是说,Mark Word会随着程序的运行发生变化,变化状态如下(32位虚拟机):
以32位JVM中存储内容为例:她的锁有四种状态,由下往上进行膨胀升级。
jdk源码中说明:
2.2.2、锁的膨胀升级过程
JDK1.6版本之后对synchronized的实现进行了各种优化,如自旋锁、偏向锁和轻量级锁。并默认开启偏向锁。
开启偏向锁:-XX:+UseBiasedLocking -XX:BiasedLockingStartupDelay=0
关闭偏向锁:-XX:-UseBiasedLocking
锁的状态总共有四种,无锁状态、偏向锁、轻量级锁和重量级锁。随着锁的竞争,锁可以从偏向锁升级到轻量级锁,再升级到重量级锁,但是锁的升级是单向的,也就是说只能从低到高升级,不会出现锁的降级。
JVM锁膨胀升级1:无锁到偏向锁到轻量级锁
JVM锁膨胀升级2:无锁-轻量级锁-重量级锁
下图为
锁的升级全过程
:
偏向锁
偏向锁是Java 6之后加入的新锁,它是一种针对加锁操作的优化手段,经过研究发现,在大多数情况下,锁不仅不存在多线程竞争,而且总是由同一线程多次获得,因此为了减少同一线程获取锁(会涉及到一些CAS操作,耗时)的代价而引入偏向锁。偏向锁的核心思想是,如果一个线程获得了锁,那么锁就进入偏向模式,此时Mark Word 的结构也变为偏向锁结构,当这个线程再次请求锁时,无需再做任何同步操作,即获取锁的过程,这样就省去了大量有关锁申请的操作,从而也就提供程序的性能。所以,对于没有锁竞争的场合,偏向锁有很好的优化效果,毕竟极有可能连续多次是同一个线程申请相同的锁。但是对于锁竞争比较激烈的场合,偏向锁就失效了,因为这样场合极有可能每次申请锁的线程都是不相同的,因此这种场合下不应该使用偏向锁,否则会得不偿失,需要注意的是,偏向锁失败后,并不会立即膨胀为重量级锁,而是先升级为轻量级锁。下面我们接着了解轻量级锁。
轻量级锁
倘若偏向锁失败,虚拟机并不会立即升级为重量级锁,它还会尝试使用一种称为轻量级锁的优化手段(1.6之后加入的),此时Mark Word 的结构也变为轻量级锁的结构。轻量级锁能够提升程序性能的依据是“对绝大部分的锁,在整个同步周期内都不存在竞争”,注意这是经验数据。需要了解的是,轻量级锁所适应的场景是线程交替执行同步块的场合,如果存在同一时间访问同一锁的场合,就会导致轻量级锁膨胀为重量级锁。
自旋锁
轻量级锁失败后,虚拟机为了避免线程 真实地在操作系统层面挂起,还会进行一项称为自旋锁的优化手段。这是基于在大多数情况下,线程持有锁的时间都不会太长,如果直接挂起操作系统层面的线程可能会得不偿失,毕竟操作系统实现线程之间的切换时需要从用户态转换到核心态,这个状态之间的转换需要相对比较长的时间,时间成本相对较高,因此自旋锁会假设在不久将来,当前的线程可以获得锁,因此虚拟机会让当前想要获取锁的线程做几个空循环(这也是称为自旋的原因),一般不会太久,可能是50个循环或100循环,在经过若干次循环后,如果得到锁,就顺利进入临界区。如果还不能获得锁,那就会将线程在操作系统层面挂起,这就是自旋锁的优化方式,这种方式确实也是可以提升效率的。
最后没办法也就只能升级为重量级锁了。
锁消除
消除锁是虚拟机另外一种锁的优化,这种优化更彻底,Java虚拟机在JIT编译时(可以简单理解为当某段代码即将第一次被执行时进行编译,又称即时编译),通过对运行上下文的扫描,去除不可能存在共享资源竞争的锁,通过这种方式消除没有必要的锁,可以节省毫无意义的请求锁时间,如StringBuffer的append是一个同步方法,但是在add方法中的StringBuffer属于一个局部变量,并且不会被其他线程所使用,因此StringBuffer不可能存在共享资源竞争的情景,JVM会自动将其锁消除。
逃逸分析
使用逃逸分析,编译器可以对代码做如下优化:
一、同步省略。如果一个对象被发现只能从一个线程被访问到,那么对于这个对象的操作可以不考虑同步。(
synchronized作为对象锁,锁范围是同一个对象,两个对象之间是锁不住的。一般通过单例或者static锁成类锁来保证同一个对象。
)
二、将堆分配转化为栈分配。如果一个对象在子程序中被分配,要使指向该对象的指针永远不会逃逸,对象可能是栈分配的候选,而不是堆分配。
三、分离对象或标量替换。有的对象可能不需要作为一个连续的内存结构存在也可以被访问到,那么对象的部分(或全部)可以不存储在内存,而是存储在CPU寄存器中。
是不是所有的对象和数组都会在堆内存分配空间?
不一定
在Java代码运行时,通过JVM参数可指定是否开启逃逸分析,
-XX:+DoEscapeAnalysis
: 表示开启逃逸分析 ;
-
XX:-DoEscapeAnalysis
: 表示关
闭逃逸分析。
从jdk 1.7开始已经默认开启逃逸分析,如需关闭,需要指定
-XX: -DoEscapeAnalysis
关于逃逸分析的案例论证见如下Git源码百宝箱:
package my.mark.mybaibaoxiang.concurrent.jmmAndVolatile.lock;
/**
* @author twotiger-wxm.
* 逃逸分析验证
*/
public class StackAllocTest {
/**
* 进行两种测试
* 关闭逃逸分析,同时调大堆空间,避免堆内GC的发生,如果有GC信息将会被打印出来
* VM运行参数:-Xmx4G -Xms4G -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGCDetails -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
*
* 开启逃逸分析
* VM运行参数:-Xmx4G -Xms4G -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGCDetails -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
*
* 执行main方法后
* jps 查看进程
* jmap -histo 进程ID
* 关闭逃逸分析的,显示有50万个实例。开启逃逸分析的只有八万多个。即开启逃逸分析很多对象没放堆。
*/
public static void main(String[] args) {
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 500000; i++) {
alloc();
}
long end = System.currentTimeMillis();
//查看执行时间
System.out.println("cost-time " + (end - start) + " ms");
try {
Thread.sleep(100000);
} catch (InterruptedException e1) {
e1.printStackTrace();
}
}
private static TulingStudent alloc() {
//Jit(即时编译just-in-time)编译时会对代码进行 逃逸分析
//并不是所有对象存放在堆区,有的一部分存在线程栈空间
TulingStudent student = new TulingStudent();
return student;
}
static class TulingStudent {
private String name;
private int age;
}
}
三、Lock
以下代码相关见git百宝箱。
3.1、ReentrantLock源码
package my.mark.mybaibaoxiang.concurrent.jmmAndVolatile.lock.aqs;
/*
* ORACLE PROPRIETARY/CONFIDENTIAL. Use is subject to license terms.
*/
/*
*
*
*
*
*
* Written by Doug Lea with assistance from members of JCP JSR-166
* Expert Group and released to the public domain, as explained at
* http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
*/
import java.util.Collection;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
/**
* A reentrant mutual exclusion {@link Lock} with the same basic
* behavior and semantics as the implicit monitor lock accessed using
* {@code synchronized} methods and statements, but with extended
* capabilities.
*
* <p>A {@code ReentrantLock} is <em>owned</em> by the thread last
* successfully locking, but not yet unlocking it. A thread invoking
* {@code lock} will return, successfully acquiring the lock, when
* the lock is not owned by another thread. The method will return
* immediately if the current thread already owns the lock. This can
* be checked using methods {@link #isHeldByCurrentThread}, and {@link
* #getHoldCount}.
*
* <p>The constructor for this class accepts an optional
* <em>fairness</em> parameter. When set {@code true}, under
* contention, locks favor granting access to the longest-waiting
* thread. Otherwise this lock does not guarantee any particular
* access order. Programs using fair locks accessed by many threads
* may display lower overall throughput (i.e., are slower; often much
* slower) than those using the default setting, but have smaller
* variances in times to obtain locks and guarantee lack of
* starvation. Note however, that fairness of locks does not guarantee
* fairness of thread scheduling. Thus, one of many threads using a
* fair lock may obtain it multiple times in succession while other
* active threads are not progressing and not currently holding the
* lock.
* Also note that the untimed {@link #tryLock()} method does not
* honor the fairness setting. It will succeed if the lock
* is available even if other threads are waiting.
*
* <p>It is recommended practice to <em>always</em> immediately
* follow a call to {@code lock} with a {@code try} block, most
* typically in a before/after construction such as:
*
* <pre> {@code
* class X {
* private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
* // ...
*
* public void m() {
* lock.lock(); // block until condition holds
* try {
* // ... method body
* } finally {
* lock.unlock()
* }
* }
* }}</pre>
*
* <p>In addition to implementing the {@link Lock} interface, this
* class defines a number of {@code public} and {@code protected}
* methods for inspecting the state of the lock. Some of these
* methods are only useful for instrumentation and monitoring.
*
* <p>Serialization of this class behaves in the same way as built-in
* locks: a deserialized lock is in the unlocked state, regardless of
* its state when serialized.
*
* <p>This lock supports a maximum of 2147483647 recursive locks by
* the same thread. Attempts to exceed this limit result in
* {@link Error} throws from locking methods.
*
* @since 1.5
* @author Doug Lea
* 悲观锁
*/
public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 7373984872572414699L;
/**
* 内部调用AQS的动作,都基于该成员属性实现
*/
private final Sync sync;
/**
* ReentrantLock锁同步操作的基础类,继承自AQS框架.
* 该类有两个继承类,1、NonfairSync 非公平锁,2、FairSync公平锁
*/
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;
/**
* 加锁的具体行为由子类实现
*/
abstract void lock();
/**
* 尝试获取非公平锁
*/
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
//acquires = 1
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
/**
* 不需要判断同步队列(CLH)中是否有排队等待线程
* 判断state状态是否为0,不为0可以加锁
*/
if (c == 0) {
//unsafe操作,cas修改state状态
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
//独占状态锁持有者指向当前线程
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
/**
* state状态不为0,判断锁持有者是否是当前线程,
* 如果是当前线程持有 则state+1
*/
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
//加锁失败
return false;
}
/**
* 释放锁
*/
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;
}
/**
* 判断持有独占锁的线程是否是当前线程
*/
protected final boolean isHeldExclusively() {
return getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
}
//返回条件对象
final ConditionObject newCondition() {
return new ConditionObject();
}
final Thread getOwner() {
return getState() == 0 ? null : getExclusiveOwnerThread();
}
final int getHoldCount() {
return isHeldExclusively() ? getState() : 0;
}
final boolean isLocked() {
return getState() != 0;
}
/**
* Reconstitutes the instance from a stream (that is, deserializes it).
*/
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
s.defaultReadObject();
setState(0); // reset to unlocked state
}
}
/**
* 非公平锁
*/
static final class NonfairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
/**
* 加锁行为
*/
final void lock() {
/**
* 第一步:直接尝试加锁
* 与公平锁实现的加锁行为一个最大的区别在于,此处不会去判断同步队列(CLH队列)中
* 是否有排队等待加锁的节点,上来直接加锁(判断state是否为0,CAS修改state为1)
* ,并将独占锁持有者 exclusiveOwnerThread 属性指向当前线程
* 如果当前有人占用锁,再尝试去加一次锁
*/
if (compareAndSetState(0, 1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
//AQS定义的方法,加锁
acquire(1);
}
/**
* 父类AbstractQueuedSynchronizer.acquire()中调用本方法
*/
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
}
/**
* 公平锁
*/
static final class FairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;
final void lock() {
acquire(1);
}
/**
* 重写aqs中的方法逻辑
* 尝试加锁,被AQS的acquire()方法调用
*/
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
/**
* 与非公平锁中的区别,需要先判断队列当中是否有等待的节点
* 如果没有则可以尝试CAS获取锁
*/
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
//独占线程指向当前线程
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
}
/**
* 默认构造函数,创建非公平锁对象
*/
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
/**
* 根据要求创建公平锁或非公平锁
*/
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
/**
* 加锁
*/
public void lock() {
sync.lock();
}
/**
* 尝试获去取锁,获取失败被阻塞,线程被中断直接抛出异常
*/
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
sync.acquireInterruptibly(1);
}
/**
* 尝试加锁
*/
public boolean tryLock() {
return sync.nonfairTryAcquire(1);
}
/**
* 指定等待时间内尝试加锁
*/
public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
/**
* 尝试去释放锁
*/
public void unlock() {
sync.release(1);
}
/**
* 返回条件对象
*/
public Condition newCondition() {
return sync.newCondition();
}
/**
* 返回当前线程持有的state状态数量
*/
public int getHoldCount() {
return sync.getHoldCount();
}
/**
* 查询当前线程是否持有锁
*/
public boolean isHeldByCurrentThread() {
return sync.isHeldExclusively();
}
/**
* 状态表示是否被Thread加锁持有
*/
public boolean isLocked() {
return sync.isLocked();
}
/**
* 是否公平锁?是返回true 否则返回 false
*/
public final boolean isFair() {
return sync instanceof FairSync;
}
/**
* Returns the thread that currently owns this lock, or
* {@code null} if not owned. When this method is called by a
* thread that is not the owner, the return value reflects a
* best-effort approximation of current lock status. For example,
* the owner may be momentarily {@code null} even if there are
* threads trying to acquire the lock but have not yet done so.
* This method is designed to facilitate construction of
* subclasses that provide more extensive lock monitoring
* facilities.
*
* @return the owner, or {@code null} if not owned
*/
protected Thread getOwner() {
return sync.getOwner();
}
/**
* 判断队列当中是否有在等待获取锁的Thread节点
*/
public final boolean hasQueuedThreads() {
return sync.hasQueuedThreads();
}
/**
* 当前线程是否在同步队列中等待
*/
public final boolean hasQueuedThread(Thread thread) {
return sync.isQueued(thread);
}
/**
* Returns an estimate of the number of threads waiting to
* acquire this lock. The value is only an estimate because the number of
* threads may change dynamically while this method traverses
* internal data structures. This method is designed for use in
* monitoring of the system state, not for synchronization
* control.
*
* @return the estimated number of threads waiting for this lock
*/
public final int getQueueLength() {
return sync.getQueueLength();
}
/**
* 返回Thread集合,排队中的所有节点Thread会被返回
*/
protected Collection<Thread> getQueuedThreads() {
return sync.getQueuedThreads();
}
/**
* 条件队列当中是否有正在等待的节点
*/
public boolean hasWaiters(Condition condition) {
if (condition == null)
throw new NullPointerException();
if (!(condition instanceof AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject))
throw new IllegalArgumentException("not owner");
return sync.hasWaiters((AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)condition);
}
/**
* Returns an estimate of the number of threads waiting on the
* given condition associated with this lock. Note that because
* timeouts and interrupts may occur at any time, the estimate
* serves only as an upper bound on the actual number of waiters.
* This method is designed for use in monitoring of the system
* state, not for synchronization control.
*
* @param condition the condition
* @return the estimated number of waiting threads
* @throws IllegalMonitorStateException if this lock is not held
* @throws IllegalArgumentException if the given condition is
* not associated with this lock
* @throws NullPointerException if the condition is null
*/
public int getWaitQueueLength(Condition condition) {
if (condition == null)
throw new NullPointerException();
if (!(condition instanceof AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject))
throw new IllegalArgumentException("not owner");
return sync.getWaitQueueLength((AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)condition);
}
/**
* Returns a collection containing those threads that may be
* waiting on the given condition associated with this lock.
* Because the actual set of threads may change dynamically while
* constructing this result, the returned collection is only a
* best-effort estimate. The elements of the returned collection
* are in no particular order. This method is designed to
* facilitate construction of subclasses that provide more
* extensive condition monitoring facilities.
*
* @param condition the condition
* @return the collection of threads
* @throws IllegalMonitorStateException if this lock is not held
* @throws IllegalArgumentException if the given condition is
* not associated with this lock
* @throws NullPointerException if the condition is null
*/
protected Collection<Thread> getWaitingThreads(Condition condition) {
if (condition == null)
throw new NullPointerException();
if (!(condition instanceof AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject))
throw new IllegalArgumentException("not owner");
return sync.getWaitingThreads((AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)condition);
}
/**
* Returns a string identifying this lock, as well as its lock state.
* The state, in brackets, includes either the String {@code "Unlocked"}
* or the String {@code "Locked by"} followed by the
* {@linkplain Thread#getName name} of the owning thread.
*
* @return a string identifying this lock, as well as its lock state
*/
public String toString() {
Thread o = sync.getOwner();
return super.toString() + ((o == null) ?
"[Unlocked]" :
"[Locked by thread " + o.getName() + "]");
}
}
3.2、ReentrantReadWriterlock源码
见git百宝箱
四、AbstractQueuedSynchronizer(AQS)
并发之父
Doug Lea镇位
生平不识
Doug Lea
,学懂并发也枉然
Java并发编程核心在于java.concurrent.util包,而juc当中的大多数同步器实现都是围绕着共同的基础行为,比如等待队列、条件队列、独占获取、共享获取等,而这个行为的抽象就是基于AbstractQueuedSynchronizer简称AQS,AQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架,是一个依赖状态(
state
)的同步器。
AQS具备特性
•
阻塞等待队列
•
共享/独占
•
公平/非公平
•
可重入
•
允许中断
AQS中用了大量的死循环,循环中做线程的暂停中断。
独占也叫悲观,共享也叫乐观。
juc并发编程包依赖于AQS的内部实现:
例如Java.concurrent.util当中同步器的实现如Lock,Latch,Barrier等,都是基于AQS框架实现
- 一般通过定义内部类Sync继承AQS。
- 将同步器所有调用都映射到Sync对应的方法。
AQS框架-管理状态:
AQS内部维护属性
volatile
int state (32位)
- state表示资源的可用状态
State三种访问方式
getState()、setState()、compareAndSetState()
AQS定义两种资源共享方式
- Exclusive-独占,只有一个线程能执行,如ReentrantLock
- Share-共享,多个线程可以同时执行,如Semaphore/CountDownLatch
AQS定义两种队列
- 同步等待队列
- 条件等待队列
不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可,至于具体线程等待队列的维护(如获取资源失败入队/唤醒出队等),AQS已经在顶层实现好了。自定义同步器实现时主要实现以下几种方法:
- isHeldExclusively():该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
- tryAcquire(int):独占方式。尝试获取资源,成功则返回true,失败则返回false。
- tryRelease(int):独占方式。尝试释放资源,成功则返回true,失败则返回false。
- tryAcquireShared(int):共享方式。尝试获取资源。负数表示失败;0表示成功,但没有剩余可用资源;正数表示成功,且有剩余资源。
- tryReleaseShared(int):共享方式。尝试释放资源,如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true,否则返回false。
4.1、同步等待队列
AQS当中的同步等待队列也称CLH队列,CLH队列是Craig、Landin、Hagersten三人发明的一种基于双向链表数据结构的队列,是FIFO先入先出线程等待队列,Java中的CLH队列是原CLH队列的一个变种,线程由原自旋机制改为阻塞机制。
4.2、条件等待队列
Condition是一个多线程间协调通信的工具类,使得某个,或者某些线程一起等待某个条件(Condition),只有当该条件具备时,这些等待线程才会被唤醒,从而重新争夺锁。
4.3、公平锁
公平和非公平锁的区别:获取锁失败时如何处理?
4.4、非公平锁
4.5、重入锁
4.6、不可重入锁
4.7、读写锁
写锁(独享锁、排他锁),是指该锁一次只能被一个线程所持有。如果线程T对数据A加上排它锁后,则其他线程不能再对A加任何类型的锁。获得写锁的线程即能读数据又能修改数据。
读锁(共享锁)是指该锁可被多个线程所持有。如果线程T对数据A加上共享锁后,则其他线程只能对A再加共享锁,不能加排它锁。获得读锁的线程只能读数据,不能修改数据。
AQS中state字段(int类型,32位),此处state上分别描述读锁和写锁的数量于是将state变量“按位切割”切分成了两个部分:
- 高16位表示读锁状态(读锁个数)
- 低16位表示写锁状态(写锁个数)