简介
在AQS的源码中有介绍到一种叫CLH的队列(AQS中使用的是一种变种).CLH它是一种基于单向链表实现的队列,即后一个节点保存前一个节点的引用形成单向链接.我们可以使用CLH来实现一个高效的自旋锁.每个线程请求锁时,都先判断它的前节点是否需要锁,如果前节点需要锁则自己自旋等待.如果前节点不需要锁则获取锁成功.
正式因为它的这种实现方式,它具有先来先获取的公平性.而它的核心基于一个CAS操作来实现具有很高的性能.但因为其自旋等待,所以不太适合占用锁时间过长的场景,因为自旋是会需要消耗CPU资源的.
简单实现
/**
* 声明锁接口
*/
public interface Lock {
/**
* 获取锁
*/
void lock();
/**
* 解锁
*/
void unlock();
}
/**
* 定义Node
*/
public class CLHNode {
/**
* 使用volatile修饰保证可见性.
*/
volatile boolean locked;
}
/**
* CLHLock实现
*/
public class CLHLock implements Lock{
/**
* 保存当前节点,一个线程一个
*/
private final ThreadLocal<CLHNode> node;
/**
* 尾节点.所有线程共享一个.支持CAS操作
*/
private final AtomicReference<CLHNode> tail;
/**
* 父节点.一个线程一个
*/
private final ThreadLocal<CLHNode> pred;
public CLHLock() {
this.node = ThreadLocal.withInitial(CLHNode::new);
this.tail = new AtomicReference<>(new CLHNode());
this.pred = new ThreadLocal<>();
}
@Override
public void lock() {
//获取当前节点
CLHNode current = node.get();
//将当前节点设置成需要锁
current.locked = true;
//将当前节点设置成尾节点,CAS操作
CLHNode currentPred = tail.getAndSet(current);
//设置当前节点的前节点
pred.set(currentPred);
//查看当前节点是否需要锁,如果需要则自旋等待
while (currentPred.locked){
}
//获取锁成功
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":获取到锁");
}
@Override
public void unlock() {
//获取当前节点
CLHNode current = node.get();
//将当前节点locked设置成false,它后面的节点将会推出自旋
current.locked = false;
//将当前节点设置成前节点
node.set(pred.get());
}
}
/**
* 使用测试
*/
public class App {
public static void main(String[] args) {
Lock lock = new CLHLock();
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
lock.lock();
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
lock.unlock();
}
};
Thread t1 = new Thread(runnable);
t1.setName("t1");
t1.start();
Thread t2 = new Thread(runnable);
t2.setName("t2");
t2.start();
lock.lock();
lock.unlock();
}
}
-
获取锁:每个线程获取锁时都自己节点的locked设置成true代表自己需要锁,然后将自己节点设置成尾节点tail(这里使用AtomicReference来实现一个CAS操作),并获取到当前节点的前置节点.接着获取的前置节点设置成自己的前置节点.然后就是判断通过前置节点的locked属性来判断前置节点是否需要锁.这里需要注意的是locked属性需要使用volatile修饰来保证其他线程修改它的值而当前线程能感知到该值的变化.如果去掉volatile可能导致当前线程一直自旋无法获取到锁. -
释放锁:释放锁就比较好理解了,直接获取到当前节点(这就是为什么使用ThreadLocal来保存当前节点的值了).然后将当前节点的locked设置成false,而这个操作将会使该节点的后置节点退出自旋获取到锁.
关于解锁操作中的node.set(pred.get()).它主要是为了防止获取锁解锁之后再次获取锁无法获取锁的bug.如果去掉该行代码,第一次获取锁当前节点已经是tail节点了,然后再次获取锁.再次将当前节点作为尾节点.即当前节点的头节点和当前节点是同一个节点.如果这个时候设置locked为true,这将导致当前节点再判断前节点是否需要锁时一直都是true.线程将在获取锁时无限自旋等待.
总结
总体来说使用这种方式的有点如下:
- 简单高效.
- 支持FIFO公平性.
- 自旋等待避免线程切换的性能损耗
同样它也有下面的缺点:
- 不可重入.即获取锁之后必须释放锁才能再次获取锁.
- 锁占用时间过长导致CPU空转.
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