lock锁java抽奖 java look锁

转载

小屁孩 2024-01-04 13:21:55

文章标签 lock锁java抽奖结点头结点子类 文章分类 Java 后端开发

一、Lock简介（JDK1.5提供的）

锁：控制多个线程访问共享资源。
在Lock接口出现之前，java程序靠synchronized关键字实现锁功能。
Lock接口失去了像synchronized关键字隐式加锁解锁的便捷性，但拥有锁获取和释放的可操作性、可中断的获取锁、超时获取锁等同步特性。
synchronized同步块执行完或遇到异常时锁会自动释放，Lock必须调用unlock()释放锁。

Lock lock = new ReetrantLock();
try{
	lock.lock();
	//以下代码只有一个线程可以运行
	...
}finally{
	lock.unlock();//显式解锁
}

二、lock常见API

lock体系拥有可中断获取锁、超时获取锁以及共享锁等特性。

void lock();//获取锁
void lockInterruptibly() throws InterruptedException();//响应中断锁
boolean trylock();//获取锁返回true，反之返回false
boolean trylock(long time,TimeUnit unit);//超时获取锁，在规定时间内未获取到锁返回false
Condition newCondition();//获取与lock绑定的等待通知组件
void unlock();释放锁

Lock接口的实现子类ReetrantLock中所有的方法实际上都是调用了其静态内部类Sync中的方法，而Sync继承了AbstractQueuedSynchronizer(AQS-简称同步器）

自定义类 implements Lock{
	lock();
	unlock();

	static class Sync extends AbstractQueuedSynchronzer{

	}
}

三、AQS—同步器

定义：用来构建锁以及其他同步组件的基础框架，他的实现主要是依赖一个int状态变量以及通过一个FIFO队列构成同步队列。
子类必须重写AQS的protected修饰的用来改变同步状态的方法。其他方法主要是实现了排队与阻塞机制。int状态的更新使用getState()、setState()以及compareAndSetState()。
子类推荐使用静态内部类来继续AQS实现自己的同步语义。同步器既支持独占锁，也支持共享锁。

锁与AQS的关系：

锁面对使用者，定义了使用者与锁交互的接口。
同步器面向锁的实现，简化了锁的实现方式，屏蔽同步状态管理，线程排队、等待、唤醒等操作。

四、AQS的模板模式

定义：AQS使用模板方法模式，将一些与状态相关的核心方法开放给子类重写，而后AQS会使用子类重写的关于状态的方法进行线程的排队、阻塞以及唤醒等操作。
AQS采用模板方法进行设计，AQS的protected修饰的方法需要由继承AQS的子类进行重写实现，当调用AQS的子类的方法时就会调用被重写的方法。

五、AQS详解

作用：在同步组件中，AQS是最核心的部分，同步组件的实现依赖AQS提供的模板方法来实现同步组件语义。

AQS实现了对同步状态的管理，以及对阻塞线程进行排队、等待通知等底层实现。
AQS核心组成：同步队列、独占锁的获取与释放、共享锁的获取与释放、可中断锁、超时锁。这一系列功能的实现依赖于AQS提供的模板方法。

1、独占锁

（1）void acquire(int arg);
独占式获取同步状态，如果获取失败插入同步队列进行等待。
（2）void acquireInterruptibly(int arg);
在（1）的基础上，此方法可以在同步队列中响应中断。
（3）boolean tryAcquireNanos(int arg,long nanosTimeOut);
在（2）的基础上增加了超时等待功能，到了预计时间还未获得锁，直接返回。
（4）boolean tryAcquire(int arg);
互殴锁成功返回true，否则返回false。
（5）boolean release(int arg);
释放同步状态，此方法会唤醒在同步队列的下一个节点。

2、共享式锁

（1）void acquireShared(int arg);
共享获得同步状态，同一时刻多个线程获取同步状态。
（2）void acquireSharedInterruptibly(int arg);
在（1）的基础上增加响应中断。
（3）boolean tryAcquireSharedNanos(int arg,long nanosTimeOut);
在（2）的基础上增加超时等待。
（4）boolean releaseShared(int arg);
共享式释放同步状态。

3、同步队列

在AQS内部有一个静态内部类Node，这是同步队列中每个具体的结点。

节点中有如下属性：

int waitStatus：节点状态
Node prev：同步队列中前驱节点
Node next：同步队列中后继节点
Thread thread：当前结点包装的线程对象
Node nextWaiter：等待队列中下一个节点

节点状态值如下：

int INITIAL = 0;//初始状态
int CANCELLED = 1;//当前结点从同步队列中取消
int SIGNAL = -1;//后继节点处于等待状态。如果当前结点释放同步状态会通知后继节点，使后继节点继续运行
int CONDITION = -2;//结点处于等待队列中。当其他线程对Condition调用signal()方法后，该结点会从等待队列移到同步队列中。
int PROPAGATE = -3;//共享式同步状态会无条件的传播

AQS同步队列采用带有头尾结点的双向链表。

六、独占锁的获取：acquire(int arg)

获取锁失败后调用AQS提供的acquire(int arg)模板方法

tryAcquire(arg)：再次尝试获取同步状态，成功直接方法退出，失败调用addWaiter();
addWaiter(Node.EXCLUSIVE),arg)：将当前线程以指定模式（独占式、共享式）封装为Node节点后尾插置入同步队列。

private Node addWaiter(Node node){
	Node node = new Node(Thread.currentThread(),node);
	Node pred = tail;
	if(perd != null){
		node.prev = pred;
		if(compareAndSetTail(pred,node)){
			pred.next = node;
			return node;
		}
	}
	enq(node);
	return node;
}

enq(Node node)：当前队列为空或者CAS尾插失败，调用此方法来初始化队列或不断尾插。

private Node enq(final Node node) { 
   for (;;) {
   		Node t = tail;     
        if (t == null) { // Must initialize            
        // 头结点初始化 
        if (compareAndSetHead(new Node()))
            tail = head;        
        } else {            
          	node.prev = t;            // CAS尾插，失败进行自旋重试直到成功为止。            
          	if (compareAndSetTail(t, node)) {                
          		t.next = node;                
          		return t;            
          	}        
         }    
     } 
 }

acquireQueued()获取锁成功条件：结点入队后排队获取同步状态。
当前节点前驱为头结点，并且再次获取同步状态成功。
结点在同步队列中获取锁,失败后调用shouldParkAfterFailedAcquire(Node prev,Node node)
此方法主要逻辑是
使用CAS将前驱节点状态置为SIGNAL，表示需要将当前结点阻塞。
如果CAS失败，不断自旋直到前驱节点状态置为SIGNAL为止。
acquireQueued();
1.如果当前节点的前驱节点为头结点，并且能够成功获取同步状态，当前线程获取锁成功，方法退出。
2.如果获取锁失败，先不断自旋将前驱节点状态置为SIGINAL,而后调用LockSupport.park()方法将当前线程阻塞。
结点获取到同步状态的前置条件：
当前节点的前驱节点为头结点，并且调用tryAcquire获取到了同步状态->前驱头节点出队

独占锁的释放：release()

unlock()方法实际调用AQS提供的release()模板方法

release()方法是unlock()方法的具体实现。首先获取头结点的后继节点，当后继节点不为null，会调用LockSupport.unpark()方法唤醒后继节点包装的过程。因此，每一次锁释放后就会唤醒队列中该节点的后继节点所包装的线程。

独占式锁获取与释放总结：

1.线程获取锁失败，将线程调用addWiter()封装成Node进行入队操作。addWriter()中方法enq()完成对同步队列的头结点初始化以及CAS尾插失败后的重试处理。
2.入队后排队获取锁的核心方法acquireQueued()，结点排队获取锁是一个自旋过程。当且仅当，当前节点的前驱节点为头结点并且成功获取同步状态时，节点出队并且该节点引用的线程获取到锁。否则，不满足条件时会不断自旋将前驱节点的状态置为SIGNAL而后调用LockSupport.park()将当前线程阻塞。
3.释放锁时会唤醒后继节点（后继节点不为null）。