java并发编程基础(四)

作者: smallmartial | 来源:发表于2019-08-25 19:08 被阅读2次

    Java中的锁

    1.Lock接口

    锁是用来控制多个线程访问共享资源的方式,一般来说,一个锁能够防止多个线程访问共享资源。在lock接口出现之前,java程序依靠synchroized关键字实现锁的功能,Loc接口拥有了获取锁与释放锁的可操作性,可中断的获取锁。

    package cn.smallmartial.concurrency;
    
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    /**
     * @Author smallmartial
     * @Date 2019/8/25
     * @Email smallmarital@qq.com
     */
    public class LockUseCase {
        public static void main(String[] args) {
            ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
            lock.lock();
            try{
                
            }finally {
                lock.unlock();
            }
        }
    }
    
    

    在finally块中释放锁,目的保证在获取锁之后,最终能够被释放

    2.队列同步器

    队列同步器是用来构建锁和其他同步组件的基础,它使用一个int成员变量表示同步状态,通过内置的FIFO队列来完成资源获取线程的排队工作。

    同步器是实现锁的关键,在锁的实现中聚合同步器,利用同步器实现锁的语义。锁是面向使用者的,它定义了使用者与锁的交互接口,隐藏了实现细节;同步器面向的是锁的实现者,它简化了锁的实现方式,屏蔽了同步状态管理,线程的排队,等待与唤醒等底层操作。锁与同步器很好的隔离了使用者和实现者所关注的领域。

    同步器主要使用方式是继承,子类通过继承同步器并实现它的抽象方法来管理同步器的状态:

    • getState():获取当前的同步状态
    • setState(int newState):设置当前同步器的状态
    • compareAndSetState(int expect,int update):使用CAS设置当前状态,该方法能够保证状态设置的原子性。

    同步器提供的模板方法分为3类:

    • 独占式获取与释放同步状态
    • 共享式获取与释放同步状态
    • 查询同步队列中等待线程情况
    package cn.smallmartial.lock;
    
    import sun.misc.Lock;
    
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedLongSynchronizer;
    import java.util.concurrent.locks.Condition;
    
    /**
     * @Author smallmartial
     * @Date 2019/8/25
     * @Email smallmarital@qq.com
     */
    public class Mutex extends Lock {
        //静态内部类 自定义同步器
        private static class Sync extends AbstractQueuedLongSynchronizer{
            //是否处于占用状态
            @Override
            protected boolean isHeldExclusively(){
                return getState() == 1;
            }
            //当状态为0的时候获取锁 同步器重写方法 独占式获取同步状态
            public boolean tryAcquire(int acquires){
                /**
                 *  CAS的机制就相当于这种(非阻塞算法),CAS是由CPU硬件实现,所以执行相当快.
                 *  CAS有三个操作参数:内存地址,期望值,要修改的新值,当期望值和内存当中的值进行比较不相等的时候,
                 *  表示内存中的值已经被别线程改动过,这时候失败返回,当相等的时候,将内存中的值改为新的值,并返回成功。
                 */
                if(compareAndSetState(0,1)){
                    setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                    return true;
                }
                return false;
            }
            //释放锁,将状态设置为0 同步器重写方法 独占式释放同步状态
            protected boolean tryRelease(int relaeases){
                if (getState() == 0){
                    throw new IllegalMonitorStateException();
                }
                setExclusiveOwnerThread(null);
                setState(0);
                return true;
            }
            //返回一个Condition,每个Condition都包含一个condition对列
            Condition newCondition(){
                return new ConditionObject();
            }
    
        }
        private final Sync sync = new Sync();
    
        public void lock1(){
            sync.acquire(1);
        }
    
        public boolean tryLock(){
            return sync.tryAcquire(1);
        }
    
        public void unlock1(){
            sync.release(1);
        }
    
        public Condition newCondition(){
            return sync.newCondition();
        }
    
        public boolean isLocked(){
            return sync.isHeldExclusively();
        }
    
        public boolean hasQueueTHreads(){
            return sync.hasQueuedThreads();
        }
    
        public void lockInterruptibly() throws InterruptedException{
            sync.acquireInterruptibly(1);
        }
    
        public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException{
            return sync.tryAcquireNanos(1,unit.toNanos(timeout));
        }
    
        public static void main(String[] args) {
    
        }
    }
    
    

    3.队列同步器的实现分析

    3.1同步器

    队列同步器.png

    3.2独占式同步状态获取流程,acquire(int arg)方法调用流程。

    独占式同步状态获取流程.png

    3.3总结

    在获取同步状态时,同步器维护一个同步队列,获取状态失败的线程都会被加入队列并在队列中进行自旋;移除队列(停止自旋的条件)是前驱节点为头节点且成功获取了同步状态。在释放锁同步状态时,同步器调用tryRelease(int arg)方法释放同步状态,然后唤醒头节点的后继节点。

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