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从JDK源码角度看并发锁的优化

从JDK源码角度看并发锁的优化

作者: 传奇内服号 | 来源:发表于2018-11-15 16:35 被阅读0次

    在CLH锁核心思想的影响下,JDK并发包以CLH锁作为基础而设计,其中主要是考虑到CLH锁更容易实现取消与超时功能。比起原来的CLH锁已经做了很大的改造,主要从两方面进行了改造:节点的结构与节点等待机制。

    在结构上引入了头结点和尾节点,他们分别指向队列的头和尾,尝试获取锁、入队列、释放锁等实现都与头尾节点相关,并且每个节点都引入前驱节点和后后续节点的引用;在等待机制上由原来的自旋改成阻塞唤醒。如图,通过前驱后续节点的引用一节节连接起来形成一个链表队列,对于头尾节点的更新必须是原子的。下面详细看看入队、检测挂起、释放出队、超时、取消等操作。

    入队

    整块逻辑其实是用一个无限循环进行CAS操作,即用自旋方式竞争直到成功。将尾节点tail的旧值赋予新节点node的前驱节点,并尝试CAS操作将新节点node赋予尾节点tail,原先的尾节点的后续节点指向新建节点node。完成上面步骤就建立起一条如图所示的链表队列。代码简化如下:

    for (;;) {

        Node t = tail; 

        node.prev = t; 

        if (compareAndSetTail(t, node)) { 

            t.next = node; 

            return node; 

        } 

    }

    释放出队

    出队的主要工作是负责唤醒等待队列中后续节点,让所有等待节点环环相接,每条线程有序地往下执行。代码简化如下:

    Node s = node.next;

    唤醒节点s包含的线程

    超时

    在支持超时的模式下需要LockSupport类的parkNanos方法支持,线程在阻塞一段时间后会自动唤醒,每次循环将累加消耗时间,当总消耗时间大于等于自定义的超时时间时就直接分返。代码简化如下:

    for (;;) {

        尝试获取锁 

        if (nanosTimeout <= 总消耗时间) 

            return; 

        LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout); 

    }

    取消

    队列中等待锁的队列可能因为中断或超时而涉及到取消操作,这种情况下被取消的节点不再进行锁竞争。此过程主要完成的工作是将取消的节点移除,先将节点的。先将节点node状态设置成取消,再将前驱节点pred的后续节点指向node的后续节点,这里由于涉及到竞争,必须通过CAS进行操作,CAS操作就算失败也不必理会,因为已经改了节点的状态,在尝试获取锁操作中会循环对节点的状态判断。

    node.waitStatus = Node.CANCELLED;

    Node pred = node.prev; 

    Node predNext = pred.next; 

    Node next = node.next; 

    compareAndSetNext(pred, predNext, next);

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