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AQS和ReentrantLock

AQS子类

继承于AQS的子类。
AQS

ReentrantLock

在ReentrantLock中的lock方法

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public void lock() {
sync.lock();
}

就是对Sync类的调用。

锁的获取

大体的思路,就是先尝试获取一个锁,如果失败,说明锁正在被人占着,这时候需要把当前线程放到一个容器里,然后挂起。
下面看看具体的实现是啥。

如果是非公平锁

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

在AQS类中有个state状态,用cas去改变他, 0代表空闲,1代表正在被占用。这个就相当于一个锁。

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private volatile int state;

如果state=0的话,代表当前锁没有被任何线程锁起来。
所以首先尝试获取这个锁,如果成功了,那么把当前的独占线程设为当前线程。

不然,调用acquire方法,加1。为什么加1呢,因为ReentantLock是可重入锁,同一个线程每一次获取都是加1,每一次释放就减1。下面我们会看到。

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

acquire方法在AQS中。
但是tryAcquire是交给子类去实现的。

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protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}

因为是非公平锁,所以调用nonfairTryAcquire。

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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;
}

在nonfairTryAcquire中,先再次尝试获取一下state。
如果失败,再判断下当前的独占线程是不是自己,如果是自己,就把acquire加上去。
这里就是可重入的逻辑。

如果获取失败,而且当前独占线程也不是自己,那么返回false。
再返回到AQS中的acquire逻辑,if中第一个条件失败了,那么执行第二个条件acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg),就是把当前线程丢到一个等待锁的容器中并挂起。

Node的mode有下面这几种

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//独占
static final Node EXCLUSIVE = null;
//这个线程取消获取锁
static final int CANCELLED = 1;
static final int SIGNAL = -1;
//这个线程在等待某个条件
static final int CONDITION = -2;
//节点唤醒需要向下传播,和读写锁有关
static final int PROPAGATE = -3;

上面调用的是独占的EXCLUSIVE。

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private transient volatile Node tail;
private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
Node pred = tail;
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
enq(node);
return node;
}

看到node应该可以猜到这个放等待线程的容器是链表。
先cas尝试一下把当前线程包装的node放到末尾。
如果失败进入enq()中。

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private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { // Must initialize
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}

enq的逻辑就是不断自旋,cas加到末尾。其中也包含了head未初始化的情况。

好,现在成功加到末尾,调用acquireQueued方法。在这里进行挂起之类的操作。

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

node.predecessor得到的是节点的prev节点。
这里假设当前节点前面有很多节点,那么第一个条件肯定不满足,进入到第二个if中。

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private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL)
/*
* This node has already set status asking a release
* to signal it, so it can safely park.
*/
return true;
if (ws > 0) {
//表示前一个线程已经取消获取锁
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
//如果状态为0或者为PROPAGATE
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}

判断前一个节点的waitStatus。
如果是SIGNAL,返回true
如果大于0,那就是cancelled了,那就跳过
不然就是cas把当前的pred的node的waitStatus设为SIGNAL

如果成功

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

那么parkAndCheckInterrupt就把当前线程挂起。

释放锁

在unLock中

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public void unlock() {
sync.release(1);
}


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;
}


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方法,就是把state减掉,然后把当前的独占线程置空。
在回到release方法,那个unparkSuccessor调用。

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private void unparkSuccessor(Node node) {
/*
* If status is negative (i.e., possibly needing signal) try
* to clear in anticipation of signalling. It is OK if this
* fails or if status is changed by waiting thread.
*/
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

/*
* Thread to unpark is held in successor, which is normally
* just the next node. But if cancelled or apparently null,
* traverse backwards from tail to find the actual
* non-cancelled successor.
*/
Node s = node.next;
if (s == null || s.waitStatus > 0) {
s = null;
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread);
}

可以看到这里就是唤醒了下一个node节点中的等待线程。

那么ReentrantLock的公平和非公平体现在哪里呢。
我一开始以为的是head节点会唤醒所有的后缀节点,结果不是。
已经排队的节点还是按照排队顺序来唤醒。
不过在头节点唤醒时,可以有其他的线程来插队。
再回到lock方法

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

在获取失败,加到队列的过程中,也尝试了两次插队,最后都失败了,才加入到队列中。

另外,AQS的等待队列只是FIFO的,也就是说不支持优先权。

总结

AQS为独占和共享提供了基本的接口,需要我们自己去实现tryAcquire等方法。

获取锁

正常来说,如果tryAcquire失败,那么AQS就会把当前线程包在Node中,加到等待队列中。
等待队列是一个FIFO的双向链表。
如果是独占的锁,那么就很简单,ReentrantLock就是借助一个int的变量表明被占用还是空闲。
如果是共享锁,这就要看具体的情况了,在CountDownLatch中,就是看当前的钥匙是不是0,如果不是0,说明还是有线程没有countdown,那就加到等待队列去。
在读写锁中,如果当前有读锁或者写锁,那就失败。

释放锁

然后每次head节点在临界区执行完成,就会选择唤醒下一个节点。
如果是独占的,就唤醒下一个,如果是共享的,那么就唤醒下一波所有的要获取共享锁的线程。

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