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硬核剖析Java锁底层AQS源码,深入理解底层架构设计

2022-11-11 13:13:34  阅读:61  来源: 互联网

标签:java 函数 学习 系统 语言 平台 方法 安装 QML c++ 数据 加锁 方法 结构


们常见的并发锁ReentrantLockCountDownLatchSemaphoreCyclicBarrier都是基于AQS实现的,所以说不懂AQS实现原理的,就不能说了解Java锁。

上篇文章讲了AQS的加锁流程,这篇文章再一块看一下AQS具体源码实现。

先回顾一下AQS的加锁流程

1. AQS加锁流程

AQS的加锁流程并不复杂,只要理解了同步队列条件队列,以及它们之间的数据流转,就算彻底理解了AQS

  1. 当多个线程竞争AQS锁时,如果有个线程获取到锁,就把ower线程设置为自己
  2. 没有竞争到锁的线程,在同步队列中阻塞(同步队列采用双向链表,尾插法)。
  3. 持有锁的线程调用await方法,释放锁,追加到条件队列的末尾(条件队列采用单链表,尾插法)。
  4. 持有锁的线程调用signal方法,唤醒条件队列的头节点,并转移到同步队列的末尾。
  5. 同步队列的头节点优先获取到锁

了解AQS加锁流程之后,再去看源码就容易理解了。

2. AQS的数据结构

// 继承自AbstractOwnableSynchronizer,为了记录哪个线程占用锁
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer {
  
    // 同步状态,0表示无锁,每次加锁+1,释放锁-1
    private volatile int state;

    // 同步队列的头尾节点
    private transient volatile Node head;
    private transient volatile Node tail;

    // Node节点,用来包装线程,放到队列中
    static final class Node {
        // 节点中的线程
        volatile Thread thread;

        // 节点状态
        volatile int waitStatus;

        // 同步队列的前驱节点和后继节点
        volatile Node prev;
        volatile Node next;

        // 条件队列的后继节点
        Node nextWaiter;
    }

    // 条件队列
    public class ConditionObject implements Condition {
        // 条件队列的头尾节点
        private transient Node firstWaiter;
        private transient Node lastWaiter;
    }
}

首先AQS继承自AbstractOwnableSynchronizer,其实是为了记录哪个线程正在占用锁。

public abstract class AbstractOwnableSynchronizer {

    private transient Thread exclusiveOwnerThread;

    // 设置占用锁的线程
    protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
        exclusiveOwnerThread = thread;
    }

    protected final Thread getExclusiveOwnerThread() {
        return exclusiveOwnerThread;
    }
}

无论是同步队列还是条件队列中线程都需要包装成Node节点。

虽然同步队列和条件队列都是由Node节点组成的,但是同步队列中是使用prev和next组成双向链表,nextWaiter只用来表示是共享模式还是排他模式。

条件队列没有使用到Node中prev和next属性,而是使用nextWaiter组成单链表。

这个复用对象的设计思想值得我们学习。

同步队列head节点是个哑节点,里面并没有存储线程对象。当然head节点也可以看成是给当前持有锁的线程使用的。

Node节点的状态(waitStatus)共有5种:

  • 1 cancelled:表示线程已经被取消
  • 0 初始化:Node节点的默认值
  • -1 signal: 表示节点线程在释放锁后要唤醒同步队列中的下一个节点线程
  • -2 condition: 当前节点在条件队列中
  • -3 propagate: 释放共享资源的时候会向后传播释放其他共享节点(用于共享模式)

3. AQS方法概览

AQS支持独占和共享两种访问资源的模式(独占模式又叫排他模式)。

独占模式的方法:

// 加锁
acquire();
// 加可中断的锁
acquireInterruptibly();
// 一段时间内,加锁不成功,就不加了
tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout);
// 释放锁
release();

共享模式的方法:

// 加锁
acquireShared();
// 加可中断的锁
acquireSharedInterruptibly();
// 一段时间内,加锁不成功,就不加了
tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout);
// 释放锁
releaseShared();

独占模式和共享模式的方法并没有实现具体的加锁、释放锁逻辑,AQS中只是定义了加锁、释放锁的抽象方法。

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