标签:变量 实现 语义 int volatile 内存 公平
锁内存语义的实现
在ReentrantLock中,调用lock()方法获取锁;调用unlock()方法释放锁。
ReentrantLock的实现依赖于Java同步器框架AbstractQueuedSynchronizer(本文简称之为AQS)。AQS使用一个整型的volatile变量(命名为state)来维护同步状态,这个volatile变量是ReentrantLock内存语义实现的关键。
ReentrantLock分为公平锁和非公平锁.我们首先分析公平锁。
使用公平锁时,加锁方法lock()调用轨迹如下。
1)ReentrantLock:lock()。
2)FairSync:lock()。
3)AbstractQueuedSynchronizer:acquire(int arg)。
4)ReentrantLock:tryAcquire(int acquires)。
在第4步真正开始加锁,下面是该方法的源代码。
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState(); // 获取锁的开始,首先读volatile变量state
if (c == 0) {
if (isFirst(current) &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
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;
}
从上面源代码中我们可以看出,加锁方法首先读volatile变量state。
在使用公平锁时,解锁方法unlock()调用轨迹如下。
1)ReentrantLock:unlock()。
2)AbstractQueuedSynchronizer:release(int arg)。
3)Sync:tryRelease(int releases)。
在第3步真正开始释放锁,下面是该方法的源代码。
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); // 释放锁的最后,写volatile变量state
return free;
}
从上面的源代码可以看出,在释放锁的最后写volatile变量state。
公平锁在释放锁的最后写volatile变量state,在获取锁时首先读这个volatile变量。根据volatile的happens-before规则,释放锁的线程在写volatile变量之前可见的共享变量,在获取锁的线程读取同一个volatile变量后将立即变得对获取锁的线程可见。
现在我们来分析非公平锁的内存语义的实现。非公平锁的释放和公平锁完全一样,所以这里仅仅分析非公平锁的获取。使用非公平锁时,加锁方法lock()调用轨迹如下。
1)ReentrantLock:lock()。
2)NonfairSync:lock()。
3)AbstractQueuedSynchronizer:compareAndSetState(int expect,int update)。
在第3步真正开始加锁,下面是该方法的源代码。
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
该方法以原子操作的方式更新state变量,本文把Java的compareAndSet()方法调用简称为CAS。JDK文档对该方法的说明如下:如果当前状态值等于预期值,则以原子方式将同步状态设置为给定的更新值。此操作具有volatile读和写的内存语义。这里我们分别从编译器和处理器的角度来分析,CAS如何同时具有volatile读和volatile写的内存语义。
前文我们提到过,编译器不会对volatile读与volatile读后面的任意内存操作重排序;编译器不会对volatile写与volatile写前面的任意内存操作重排序。组合这两个条件,意味着为了同时实现volatile读和volatile写的内存语义,编译器不能对CAS与CAS前面和后面的任意内存操作重排序。
现在对公平锁和非公平锁的内存语义做个总结。
·公平锁和非公平锁释放时,最后都要写一个volatile变量state。
·公平锁获取时,首先会去读volatile变量。
·非公平锁获取时,首先会用CAS更新volatile变量,这个操作同时具有volatile读和volatile写的内存语义。
从本文对ReentrantLock的分析可以看出,锁释放-获取的内存语义的实现至少有下面两种方式。
1)利用volatile变量的写-读所具有的内存语义。
2)利用CAS所附带的volatile读和volatile写的内存语义。
标签:变量,实现,语义,int,volatile,内存,公平 来源: https://blog.csdn.net/fdlhei/article/details/100632529
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