一、简介
AbstractQueuedSynchronizer
(简称AQS
),抽象的队列式的同步器,是Java
并发包实现的基类。
AQS
用来构建锁和同步器的框架,使用AQS能简单且高效地构造出大量的应用广泛的同步器,如常用的ReentrantLock
、Semaphore
、CountDownLatch
、FutureTask
等。
二、框架概述
AQS
是基于FIFO
的队列实现的,并且内部维护了一个状态变量state
,通过原子更新这个状态变量state
即可以实现加锁解锁操作。
CLH(Craig, Landin and Hagersten)队列是一个虚拟的双向队列(虚拟的双向队列即不存在队列实例,仅存在节点之间的关联关系)。AQS是将每条请求共享资源的线程封装成一个CLH锁队列的一个节点(Node)来实现锁的分配。
它维护了一个volatile int state
(代表共享资源)和一个FIFO
线程等待队列(多线程争用资源被阻塞时会进入此队列)。这里volatile
是核心关键词,具体volatile
的语义,在此不述。state
的访问方式有三种:
- 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),多个线程可同时执行,如:
Semaphore
、CountDownLatch
。
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节点返回true
,否则返回false
。
以ReentrantLock
为例,state
初始化为0
,表示未锁定状态。A
线程lock()
时,会调用tryAcquire()
独占该锁并将state+1
。此后,其他线程再tryAcquire()
时就会失败,直到A
线程unlock()
到state=0
(即释放锁)为止,其它线程才有机会获取该锁。当然,释放锁之前,A线程自己是可以重复获取此锁的(state
会累加),这就是可重入的概念。但要注意,获取多少次就要释放多么次,这样才能保证state
是能回到零态的。
再以CountDownLatch
以例,任务分为N
个子线程去执行,state
也初始化为N
(注意N
要与线程个数一致)。这N
个子线程是并行执行的,每个子线程执行完后countDown()
一次,state
会CAS
减1
。等到所有子线程都执行完后(即state=0
),会unpark()
主调用线程,然后主调用线程就会从await()
函数返回,继续后余动作。
一般来说,自定义同步器要么是独占方法,要么是共享方式,他们也只需实现tryAcquire-tryRelease
、tryAcquireShared-tryReleaseShared
中的一种即可。但AQS
也支持自定义同步器同时实现独占和共享
两种方式,如ReentrantReadWriteLock
。
三、源码解析
3.1 内部类
static final class Node {
// 标识一个节点是共享模式
static final Node SHARED = new Node();
// 标识一个节点是互斥模式
static final Node EXCLUSIVE = null;
// 标识线程已取消
static final int CANCELLED = 1;
// 标识后继节点需要唤醒
static final int SIGNAL = -1;
// 标识线程等待在一个条件上
static final int CONDITION = -2;
// 标识后面的共享锁需要无条件的传播(共享锁需要连续唤醒读的线程)
static final int PROPAGATE = -3;
// 当前节点保存的线程对应的等待状态
volatile int waitStatus;
// 前一个节点
volatile Node prev;
// 后一个节点
volatile Node next;
// 当前节点保存的线程
volatile Thread thread;
// 下一个等待在条件上的节点(Condition锁时使用)
Node nextWaiter;
// 是否是共享模式
final boolean isShared() {
return nextWaiter == SHARED;
}
// 获取前一个节点
final Node predecessor() throws NullPointerException {
Node p = prev;
if (p == null)
throw new NullPointerException();
else
return p;
}
// 节点的构造方法
Node() { // Used to establish initial head or SHARED marker
}
// 节点的构造方法
Node(Thread thread, Node mode) { // Used by addWaiter
// 把共享模式还是互斥模式存储到nextWaiter这个字段里面了
this.nextWaiter = mode;
this.thread = thread;
}
// 节点的构造方法
Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Condition
// 等待的状态,在Condition中使用
this.waitStatus = waitStatus;
this.thread = thread;
}
}
典型的双链表结构,节点中保存着当前线程、前一个节点、后一个节点以及线程的状态等信息。Node
节点是对每一个等待获取资源的线程的封装,其包含了需要同步的线程本身及其等待状态,如是否被阻塞、是否等待唤醒、是否已经被取消等。
waitStatus
表示当前Node
节点的等待状态,共有以下5种:
CANCELLED(1)
:表示当前节点已取消调度。当timeout
或被中断(响应中断的情况下),会触发变更为此状态,进入该状态后的节点将不会再变化。SIGNAL(-1)
:表示后继节点在等待当前节点唤醒。后继节点入队时,会将前继节点的状态更新为SIGNAL
。CONDITION(-2)
:表示节点等待在Condition
上,当其他线程调用了Condition
的signal()
方法后,CONDITION
状态的节点将从等待队列转移到同步队列中,等待获取同步锁。PROPAGATE(-3)
:共享模式下,前继节点不仅会唤醒其后继节点,同时也可能会唤醒后继的后继节点。0
:新节点入队时的默认状态。
注意,负值表示节点处于有效等待状态,而正值表示节点已被取消。所以源码中很多地方用>0
、<0
来判断节点的状态是否正常。
3.2 属性
// 队列的头节点
private transient volatile Node head;
// 队列的尾节点
private transient volatile Node tail;
// 控制加锁解锁的状态变量
private volatile int state;
定义了一个状态变量和一个队列,状态变量用来控制加锁解锁,队列用来放置等待的线程。
注意,这几个变量都要使用volatile
关键字来修饰,因为是在多线程环境下操作,要保证它们的值修改之后对其它线程立即可见。
这几个变量的修改是直接使用的Unsafe
这个类来操作的:
// 获取Unsafe类的实例,注意这种方式仅限于jdk自己使用,普通用户是无法这样调用的
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
// 状态变量state的偏移量
private static final long stateOffset;
// 头节点的偏移量
private static final long headOffset;
// 尾节点的偏移量
private static final long tailOffset;
// 等待状态的偏移量(Node的属性)
private static final long waitStatusOffset;
// 下一个节点的偏移量(Node的属性)
private static final long nextOffset;
static {
try {
// 获取state的偏移量
stateOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("state"));
// 获取head的偏移量
headOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("head"));
// 获取tail的偏移量
tailOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("tail"));
// 获取waitStatus的偏移量
waitStatusOffset = unsafe.objectFieldOffset
(Node.class.getDeclaredField("waitStatus"));
// 获取next的偏移量
nextOffset = unsafe.objectFieldOffset
(Node.class.getDeclaredField("next"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}
// 调用Unsafe的方法原子更新state
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
3.3 acquire
此方法是独占模式下线程获取共享资源的顶层入口。如果获取到资源,线程直接返回,否则进入等待队列,直到获取到资源为止,且整个过程忽略中断的影响。这也正是lock()
的语义,当然不仅仅只限于lock()
。获取到资源后,线程就可以去执行其临界区代码了。
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
函数流程如下:
tryAcquire()
尝试直接去获取资源,如果成功则直接返回(这里体现了非公平锁,每个线程获取锁时会尝试直接抢占加塞一次,而CLH
队列中可能还有别的线程在等待);addWaiter()
将该线程加入等待队列的尾部,并标记为独占模式;acquireQueued()
使线程阻塞在等待队列中获取资源,一直获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过,则返回true
,否则返回false
。- 如果线程在等待过程中被中断过,它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断
selfInterrupt()
,将中断补上。
3.3.1 tryAcquire
此方法尝试去获取独占资源。如果获取成功,则直接返回true
,否则直接返回false
。这也正是tryLock()
的语义,还是那句话,当然不仅仅只限于tryLock()
。
protected boolean tryAcquire(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
AQS
这里只定义了一个接口,具体资源的获取交由自定义同步器去实现了(通过state
的get/set/CAS
)!至于能不能重入,能不能加塞,那就看具体的自定义同步器怎么去设计了!当然,自定义同步器在进行资源访问时要考虑线程安全的影响。
为什么不直接定义成抽象方法呢?
因为独占模式下只用实现
tryAcquire-tryRelease
,而共享模式下只用实现tryAcquireShared-tryReleaseShared
。如果都定义成abstract,那么每个模式也要去实现另一模式下的接口。说到底还是尽量减少开发者不必要的工作量。
3.3.2 addWaiter
此方法用于将当前线程加入到等待队列的队尾,并返回当前线程所在的节点。
private Node addWaiter(Node mode) {
//以给定模式构造节点。mode有两种:EXCLUSIVE(独占)和SHARED(共享)
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
//尝试快速方式直接放到队尾。
Node pred = tail;
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
//上一步失败则通过enq入队。
enq(node);
return node;
}
3.3.2.1 enq
此方法用于将node
加入队尾。
private Node enq(final Node node) {
//CAS"自旋",直到成功加入队尾
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { // 队列为空,创建一个空的标志节点作为head节点,并将tail也指向它。
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {//正常流程,放入队尾
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
如果你看过AtomicInteger.getAndIncrement()
函数源码,那么相信你一眼便看出这段代码的精华。CAS
自旋volatile
变量,是一种很经典的用法。
3.3.3 acquireQueued
通过tryAcquire()
和addWaiter()
,该线程获取资源失败,已经被放入等待队列尾部了。进入等待状态,直到其他线程彻底释放资源后唤醒,再拿到资源。
是不是跟医院排队拿号有点相似~acquireQueued()就是干这件事:在等待队列中排队拿号(中间没其它事干可以休息),直到拿到号后再返回。这个函数非常关键。
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;//标记是否成功拿到资源
try {
boolean interrupted = false;//标记等待过程中是否被中断过
//又是一个“自旋”!
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();//拿到前驱
//如果前驱是head,即该节点已成老二,那么便有资格去尝试获取资源
//(可能是老大释放完资源唤醒自己的,当然也可能被interrupt了)。
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
//拿到资源后,将head指向该节点。所以head所指的标杆节点,就是当前获取到资源的那个节点或null。
setHead(node);
// setHead中node.prev已置为null,此处再将head.next置为null,就是为了方便GC回收以前的head节点。
// 也就意味着之前拿完资源的节点出队了!
p.next = null;
failed = false; // 成功获取资源
return interrupted;//返回等待过程中是否被中断过
}
//如果自己可以休息了,就通过park()进入waiting状态,直到被unpark()。
// 如果不可中断的情况下被中断了,那么会从park()中醒过来,发现拿不到资源,从而继续进入park()等待。
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;//如果等待过程中被中断过,哪怕只有那么一次,就将interrupted标记为true
}
} finally {
// 如果等待过程中没有成功获取资源(如timeout,或者可中断的情况下被中断了),那么取消节点在队列中的等待。
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
到这里了,我们先不急着总结acquireQueued()
的函数流程,先看看shouldParkAfterFailedAcquire()
和parkAndCheckInterrupt()
具体干些什么。
3.3.3.1 shouldParkAfterFailedAcquire
此方法主要用于检查状态,看看是否真的可以进入waiting
状态,万一队列前边的线程都放弃了只是瞎站着,那也说不定,对吧!
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus;//拿到前驱的状态
if (ws == Node.SIGNAL)
//如果已经告诉前驱拿完号后通知自己一下,那就可以安心休息了
return true;
if (ws > 0) {
/*
* 如果前驱放弃了,那就一直往前找,直到找到最近一个正常等待的状态,并排在它的后边。
* 注意:那些放弃的节点,由于被自己“加塞”到它们前边,它们相当于形成一个无引用链,稍后就会被GC回收!
*/
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
//如果前驱正常,那就把前驱的状态设置成SIGNAL,告诉它拿完号后通知自己一下。有可能失败(刚刚释放完)
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}
整个流程中,如果前驱节点的状态不是SIGNAL
,那么自己就不能安心去休息,需要去找个安心的休息点,同时可以再尝试下看有没有机会轮到自己拿号。
3.3.3.2 parkAndCheckInterrupt
如果线程找好安全休息点后,那就可以安心去休息了。此方法就是让线程去休息,真正进入等待状态。
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);//调用park()使线程进入waiting状态
return Thread.interrupted();//如果被唤醒,查看自己是不是被中断的。
}
park()
会让当前线程进入waiting
状态。在此状态下,有两种途径可以唤醒该线程:1)被unpark()
;2)被interrupt()
。需要注意的是Thread.interrupted()
会清除当前线程的中断标记位。
3.3.3.3 小结
总结下acquireQueued
该函数的具体流程:
- 节点进入队尾后,检查状态,找到安全休息点;
- 调用
park()
进入waiting
状态,等待unpark()
或interrupt()
唤醒自己; - 被唤醒后,看自己是不是有资格能拿到号。如果拿到,
head
指向当前节点,并返回从入队到拿到号的整个过程中是否被中断过;如果没拿到,继续流程1。
3.3.4 小结
acquireQueued
分析完之后,我们接下来再回到acquire
方法
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
再来总结下它的流程吧:
- 调用自定义同步器的
tryAcquire()
尝试直接去获取资源,如果成功则直接返回; - 没成功则
addWaiter()
将该线程加入等待队列的尾部,并标记为独占模式; acquireQueued()
使线程在等待队列中休息,有机会时(轮到自己,会被unpark()
)会去尝试获取资源。获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过,则返回true
,否则返回false
。- 如果线程在等待过程中被中断过,它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断
selfInterrupt()
,将中断补上。
由于此函数是重中之重,我再用流程图总结一下:
至此,acquire()
的流程终于算是告一段落了。这也就是ReentrantLock.lock()
的流程。
3.4 release
此方法是独占模式下线程释放共享资源的顶层入口。它会释放指定量的资源,如果彻底释放了(即state=0),它会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源。这也正是unlock()
的语义,当然不仅仅只限于unlock()
。
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;//找到头节点
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);//唤醒等待队列里的下一个线程
return true;
}
return false;
}
逻辑并不复杂,调用tryRelease()
来释放资源。有一点需要注意的是,它是根据tryRelease()
的返回值来判断该线程是否已经完成释放掉资源了!所以自定义同步器在设计tryRelease()
的时候要明确这一点!
3.4.1 tryRelease
此方法尝试去释放指定量的资源。
protected boolean tryRelease(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
跟tryAcquire()
一样,这个方法是需要独占模式的自定义同步器去实现的。正常来说,tryRelease()
都会成功的,因为这是独占模式,该线程来释放资源,那么它肯定已经拿到独占资源了,直接减掉相应量的资源即可(state-=arg
),也不需要考虑线程安全的问题。
但要注意它的返回值,上面已经提到了,release()
是根据tryRelease()
的返回值来判断该线程是否已经完成释放掉资源了!所以自义定同步器在实现时,如果已经彻底释放资源(state=0
),要返回true,否则返回false。
3.4.2 unparkSuccessor
此方法用于唤醒等待队列中下一个线程。
private void unparkSuccessor(Node node) {
//这里,node一般为当前线程所在的节点。
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)//置零当前线程所在的节点状态,允许失败。
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
Node s = node.next;//找到下一个需要唤醒的节点s
if (s == null || s.waitStatus > 0) {//如果为空或已取消
s = null;
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) // 从后向前找。
if (t.waitStatus <= 0)//从这里可以看出,<=0的节点,都是还有效的节点。
s = t;
}
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread);//唤醒
}
这个函数并不复杂。一句话概括:用unpark()
唤醒等待队列中最前边的那个未放弃线程,这里我们也用s来表示吧。此时,再和acquireQueued()
联系起来,s
被唤醒后,进入if (p == head && tryAcquire(arg))
的判断(即使p!=head
也没关系,它会再进入shouldParkAfterFailedAcquire()
寻找一个安全点。
这里既然s已经是等待队列中最前边的那个未放弃线程了,那么通过shouldParkAfterFailedAcquire()
的调整,s也必然会跑到head
的next
节点,下一次自旋p==head
就成立啦),然后s把自己设置成head
标杆节点,表示自己已经获取到资源了,acquire()
也返回了!
3.4.3 小结
release()
是独占模式下线程释放共享资源的顶层入口。它会释放指定量的资源,如果彻底释放了(即state=0),它会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源。
如果获取锁的线程在release
时异常了,没有unpark
队列中的其他节点,这时队列中的其他节点会怎么办?答案是没法再被唤醒!队列中等待锁的线程将永远处于park
状态,无法再被唤醒!
那么获取锁的线程在什么情形下会release
抛出异常呢?线程突然死掉了?可以通过thread.stop
来停止线程的执行,但该函数的执行条件要严苛的多,而且函数注明是非线程安全的,已经标明Deprecated
;线程被interrupt
了?线程在运行态是不响应中断的,所以也不会抛出异常;目前来看,没有看出能引发异常的情形。
3.5 acquireShared
此方法是共享模式下线程获取共享资源的顶层入口。它会获取指定量的资源,获取成功则直接返回,获取失败则进入等待队列,直到获取到资源为止,整个过程忽略中断。
public final void acquireShared(int arg) {
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireShared(arg);
}
这里tryAcquireShared()
依然需要自定义同步器去实现。但是AQS
已经把其返回值的语义定义好了:负值代表获取失败;0代表获取成功,但没有剩余资源;正数表示获取成功,还有剩余资源,其他线程还可以去获取。
所以这里acquireShared()
的流程就是:
tryAcquireShared()
尝试获取资源,成功则直接返回;- 失败则通
过doAcquireShared()
进入等待队列,直到获取到资源为止才返回。
3.5.1 doAcquireShared
此方法用于将当前线程加入等待队列尾部休息,直到其他线程释放资源唤醒自己,自己成功拿到相应量的资源后才返回。
private void doAcquireShared(int arg) {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);//加入队列尾部
boolean failed = true;//是否成功标志
try {
boolean interrupted = false;//等待过程中是否被中断过的标志
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();//前驱
//如果到head的下一个,因为head是拿到资源的线程,此时node被唤醒,很可能是head用完资源来唤醒自己的
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);//尝试获取资源
if (r >= 0) {//成功
setHeadAndPropagate(node, r);//将head指向自己,还有剩余资源可以再唤醒之后的线程
p.next = null; // help GC
if (interrupted)//如果等待过程中被打断过,此时将中断补上。
selfInterrupt();
failed = false;
return;
}
}
//判断状态,寻找安全点,进入waiting状态,等着被unpark()或interrupt()
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
有木有觉得跟acquireQueued()
很相似?对,其实流程并没有太大区别。只不过这里将补中断的selfInterrupt()
放到doAcquireShared()
里了,而独占模式是放到acquireQueued()
之外,其实都一样。
跟独占模式比,还有一点需要注意的是,这里只有线程是head.next
时(“老二”),才会去尝试获取资源,有剩余的话还会唤醒之后的队友。
那么问题就来了,假如老大用完后释放了5个资源,而老二需要6个,老三需要1个,老四需要2个。老大先唤醒老二,老二一看资源不够,他是把资源让给老三呢,还是不让?答案是否定的!老二会继续park()等待其他线程释放资源,也更不会去唤醒老三和老四了。
独占模式,同一时刻只有一个线程去执行,这样做未尝不可;但共享模式下,多个线程是可以同时执行的,现在因为老二的资源需求量大,而把后面量小的老三和老四也都卡住了。当然,这并不是问题,只是AQS保证严格按照入队顺序唤醒罢了(保证公平,但降低了并发)。
3.5.1.1 setHeadAndPropagate
private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
Node h = head;
setHead(node);//head指向自己
//如果还有剩余量,继续唤醒下一个邻居线程
if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0) {
Node s = node.next;
if (s == null || s.isShared())
doReleaseShared();
}
}
此方法在setHead()
的基础上多了一步,就是自己苏醒的同时,如果条件符合(比如还有剩余资源),还会去唤醒后继节点,毕竟是共享模式!
3.5.2 小结
tryAcquireShared()
尝试获取资源,成功则直接返回;- 失败则通过
doAcquireShared()
进入等待队列park(),直到被unpark()
/interrupt()
并成功获取到资源才返回。整个等待过程也是忽略中断的。
其实跟acquire()
的流程大同小异,只不过多了个自己拿到资源后,还会去唤醒后继队友的操作(这才是共享嘛)。
3.6 releaseShared
此方法是共享模式下线程释放共享资源的顶层入口。它会释放指定量的资源,如果成功释放且允许唤醒等待线程,它会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源。
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {//尝试释放资源
doReleaseShared();//唤醒后继节点
return true;
}
return false;
}
此方法的流程也比较简单,一句话:释放掉资源后,唤醒后继。跟独占模式下的release()
相似,但有一点稍微需要注意:独占模式下的tryRelease()
在完全释放掉资源(state=0
)后,才会返回true
去唤醒其他线程,这主要是基于独占下可重入的考量;而共享模式下的releaseShared()
则没有这种要求,共享模式实质就是控制一定量的线程并发执行,那么拥有资源的线程在释放掉部分资源时就可以唤醒后继等待节点。
例如,资源总量是13
,A(5)
和B(7)
分别获取到资源并发运行,C(4)
来时只剩1个资源就需要等待。A
在运行过程中释放掉2
个资源量,然后tryReleaseShared(2)
返回true
唤醒C
,C
一看只有3
个仍不够继续等待;随后B
又释放2
个,tryReleaseShared(2)
返回true
唤醒C
,C
一看有5
个够自己用了,然后C
就可以跟A
和B
一起运行。
而ReentrantReadWriteLock
读锁的tryReleaseShared()
只有在完全释放掉资源(state=0
)才返回true
,所以自定义同步器可以根据需要决定tryReleaseShared()
的返回值。
3.6.1 doReleaseShared
此方法主要用于唤醒后继。
private void doReleaseShared() {
for (;;) {
Node h = head;
if (h != null && h != tail) {
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) {
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue;
unparkSuccessor(h);//唤醒后继
}
else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue;
}
if (h == head)// head发生变化
break;
}
}
3.7 小结
值得注意的是,acquire()
和acquireShared()
两种方法下,线程在等待队列中都是忽略中断的。AQS
也支持响应中断的,acquireInterruptibly()
/acquireSharedInterruptibly()
即是,相应的源码跟acquire()
和acquireShared()
差不多,这里就不再详解了。
四、案例 - 自定义同步器
4.1 Mutex(互斥锁)
Mutex
是一个不可重入的互斥锁实现。锁资源(AQS
里的state
)只有两种状态:0
表示未锁定,1
表示锁定。下边是Mutex
的核心源码:
class Mutex implements Lock, java.io.Serializable {
// 自定义同步器
private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
// 判断是否锁定状态
protected boolean isHeldExclusively() {
return getState() == 1;
}
// 尝试获取资源,立即返回。成功则返回true,否则false。
public boolean tryAcquire(int acquires) {
assert acquires == 1; // 这里限定只能为1个量
if (compareAndSetState(0, 1)) {//state为0才设置为1,不可重入!
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());//设置为当前线程独占资源
return true;
}
return false;
}
// 尝试释放资源,立即返回。成功则为true,否则false。
protected boolean tryRelease(int releases) {
assert releases == 1; // 限定为1个量
if (getState() == 0)//既然来释放,那肯定就是已占有状态了。只是为了保险,多层判断!
throw new IllegalMonitorStateException();
setExclusiveOwnerThread(null);
setState(0);//释放资源,放弃占有状态
return true;
}
}
// 真正同步类的实现都依赖继承于AQS的自定义同步器!
private final Sync sync = new Sync();
//lock<-->acquire。两者语义一样:获取资源,即便等待,直到成功才返回。
public void lock() {
sync.acquire(1);
}
//tryLock<-->tryAcquire。两者语义一样:尝试获取资源,要求立即返回。成功则为true,失败则为false。
public boolean tryLock() {
return sync.tryAcquire(1);
}
//unlock<-->release。两者语文一样:释放资源。
public void unlock() {
sync.release(1);
}
//锁是否占有状态
public boolean isLocked() {
return sync.isHeldExclusively();
}
}
同步类在实现时一般都将自定义同步器(sync
)定义为内部类,供自己使用;而同步类自己(Mutex
)则实现某个接口,对外服务。当然,接口的实现要直接依赖sync
,它们在语义上也存在某种对应关系!而sync
只用实现资源state
的获取-释放方式tryAcquire-tryRelease
,至于线程的排队、等待、唤醒等,上层的AQS都已经实现好了,我们不用关心。
除了Mutex
,ReentrantLock
/CountDownLatch
/Semaphore
这些同步类的实现方式都差不多,不同的地方就在获取-释放资源的方式tryAcquire-tryRelease
。
4.2 TwinsLock(双资源锁)
/**
* 双资源锁
*/
public class TwinsLock implements Lock {
private final Sync sync = new Sync(2);
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = -8540764104913403569L;
private Sync(int count) {
if (count <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("count must larger than 0");
}
// 调用 AQS 设置资源总数
// 初始化 state 的值,表示可同时访问的线程数量
setState(count);
}
@Override
protected int tryAcquireShared(int reduceCount) {
// cas 获取锁
// 由 AQS 的 acquireShared -> doAcquireShared 调用
for (; ; ) {
// 获取当前
int current = getState();
// 计算剩余可用数量
int newCount = current - reduceCount;
if (newCount < 0 || compareAndSetState(current, newCount)) {
return newCount;
}
}
}
@Override
public boolean tryReleaseShared(int returnCount) {
// cas 释放锁
// 由AQS releaseShared -> doReleaseShared 调用
for (; ; ) {
int current = getState();
int newState = current + returnCount;
if (compareAndSetState(current, newState)) {
return true;
}
}
}
}
@Override
public void lock() {
sync.acquireShared(1);
}
@Override
public void unlock() {
sync.releaseShared(1);
}
// 忽略,如要实现,直接调用 AQS
@Override
public boolean tryLock() {
return false;
}
// 忽略,如要实现,直接调用 AQS
@Override
public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
return false;
}
// 忽略,如要实现,直接调用 AQS
@Override
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
}
// 忽略,如要实现,直接调用 AQS
@Override
public Condition newCondition() {
return null;
}
}
共享式需要重写tryAcquireShared()
和tryReleaseShared()
方法。TwinsLock
类的作用是同时允许两个线程通过,其他线程需要等待。获取和释放的具体逻辑可以看上面代码注释,使用方式如下
TwinsLock lock = new TwinsLock();
lock.lock();
try {
// do sth...
} finaly {
lock.unlock();
}
转载:https://www.cnblogs.com/ciel717/p/16185051.html
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