[源碼分析]ReentrantLock & AbstractQueuedSynchronizer & Condition
首先聲明一點: 我在分析源碼的時候, 把jdk源碼複製出來進行中文的註釋, 有時還進行編譯調試什麼的, 爲了不和jdk原生的類混淆, 我在類前面加了"My". 好比把ReentrantLock更名爲了MyReentrantLock, 在源碼分析的章節裏, 我基本不會對源碼進行修改, 因此請忽視這個"My"便可.java
一. 簡介
鎖是什麼? 鎖是一種標誌, 或者是一種資源, 持有鎖的線程才能夠繼續往下執行相應的內容. 未持有鎖的線程須要等待這個鎖資源. 直到獲取到了這個鎖, 才能夠繼續向下執行.node
0. ReentrantLock的一個小demo
想本身運行這段代碼的話, 把代碼中的"MyReentrantLock" 改成 "ReentrantLock" 便可. (後續的代碼也同樣, 若是想本身運行, 還編譯報錯, 請把我修改的代碼改回來. 也就是把"My"都去掉就行了)數據結構
public class Main {
private static MyReentrantLock lock = new MyReentrantLock();
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 場景以下: 線程1先得到鎖, 釋放後, 線程2 再得到鎖.
new Thread(() -> {
System.out.println("線程1啓動");
lock.lock();
System.out.println("線程1搶到鎖");
try {
System.out.println("這裏是業務邏輯1");
quietSleep(2);// 兩秒後釋放鎖
System.out.println("兩秒後");
} finally {
lock.unlock();
System.out.println("線程1釋放鎖");
}
}).start();
new Thread(() -> {
System.out.println("線程2啓動");
quietSleep(1); // 在這裏進行謙讓. 確保上面的線程能先運行. 也就是讓上面的線程先得到鎖
lock.lock();
System.out.println("線程2搶到鎖");
try {
System.out.println("這裏是業務邏輯2");
} finally {
lock.unlock();
System.out.println("線程2釋放鎖");
}
}).start();
}
public static void quietSleep(long sec) {
try {
Thread.sleep(sec * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
輸出的結果以下:併發
1. sync字段
首先來看一下ReentrantLock裏惟一的一個字段函數
Sync繼承自AQS(AbstractQueuedSynchronizer, 如下簡稱AQS) . 公平鎖和非公平鎖都繼承了Sync. Sync是ReentrantLock類裏鎖的統一聲明. 源碼分析
2. lock/unlock依賴Sync
ReentraintLock的 lock()和unlock()方法實際上都是靠Sync來實現的:ui
3. 鎖內部類定義
Sync 和 公平鎖 和 非公平鎖 都是ReentrantLock的內部類, 類的定義部分以下(細節先隱藏起來了, 後面會講):this
4. ReentrantLock構造器
ReentrantLock有兩個構造器..net
1. 默認構造器是直接使用了非公平鎖. 非公平鎖就是不必定按照"先來後到"的順序來進行爭搶.線程
2. 帶參構造器能夠傳遞一個bool類型. true的時候爲公平鎖. 公平鎖就是按照"先來後到"的順序來進行爭搶.
二. 公平鎖申請鎖
使用鎖的第一個步驟, 固然就是先申請鎖了, 咱麼來分析一下源碼, 看看申請鎖的流程吧.
1. 公平鎖獲取鎖的流程(單線程, 沒有爭搶)
首先從最外層的調用lock()方法開始. 我們在Main方法裏寫下這兩行代碼:
MyReentrantLock就是ReentrantLock, 我複製了源代碼, 而後改了個名字而已.
Reentraint類的lock()方法最終仍是調用的sync.lock()
因爲咱們如今使用的是公平鎖. 因此sync如今是FairSync. 因此sync.lockI()實際上就是FairSync類裏的lock()方法
發現lock()調用的是acquire(1)這個方法, 這個方法是在AQS類裏實現的.代碼以下:
arg當時傳進來的是1, 因此首先進行的是tryAcquire(1)來進行"嘗試獲取鎖"的操做. 這時一種樂觀的想法.
tryAcquire方法的具體實如今FairSync類裏, 具體代碼以下:
/**
* @return 返回true: 獲取到鎖; 返回false: 未獲取到鎖
* 何時返回true呢? 1.沒有線程在等待鎖；2.重入鎖，線程原本就持有鎖，也就能夠理所固然能夠直接獲取
* @implNote 嘗試直接獲取鎖.
*/
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
// 獲取當前線程的引用
final Thread current = Thread.currentThread();
// 當前鎖的計數器. 用於計算鎖被獲取的次數.在重入鎖中表示鎖重入的次數.因爲這個鎖是第一次被獲取, 因此c==0
int c = getState();
// c==0, 也就是 state == 0 ,重入次數是0, 表示此時沒有線程持有鎖.
if (c == 0) {
// 公平鎖, 因此要講究先來後到
// 由於有多是上一個持有鎖的線程剛剛釋放鎖, 隊列裏的線程還沒來得及爭搶, 本線程就亂入了
// 因此每次公平鎖搶鎖以前, 都要判斷一下等待隊列裏是否有其餘線程
if (!hasQueuedPredecessors() &&
// 執行到這裏說明等待隊列裏沒有其餘線程在等待.
// 若是沒有線程在等待，那就用CAS嘗試一下，成功了就獲取到鎖了，
// 不成功的話，只能說明一個問題，就在剛剛幾乎同一時刻有個線程搶先了 =_=
compareAndSetState(0, acquires)) {
// 到這裏就獲取到鎖了，標記一下，告訴你們，如今是我(當前線程)佔用了鎖
setExclusiveOwnerThread(current);
// 成功獲取鎖了, 因此返回true
return true;
}
//-- 因爲如今模擬的是單純地獲取一次鎖, 沒有重入和爭搶的狀況, 因此執行不到這裏, 上面的cas確定會成功, 而後返回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;
}
爭搶完鎖以後會返回true, 而後回到上層方法acquire :
if語句裏 && 前面是false, 不會繼續往下執行了. 當前線程獲取到了鎖, 並且執行了全部該執行的內容, 就完事兒了.
2. 公平鎖進行重入的流程
重入就是一個線程獲取到了鎖, 而後這個線程又一次申請(進入)了這個鎖.
重入用synchronized來舉例就是這樣:
用ReentrantLock來舉例子就是這樣:
同一個線程(main線程) 首先進行了lock.lock()申請並佔有了鎖, 隨後又執行了一次lock.lock(). 還沒釋放鎖的狀況下, 又一次申請鎖. 這樣就是重入了.
上面一小節已經分析了第一行的lock.lock()是如何獲取到鎖的, 因此咱們只分析 重入的部分, 也就是後面那句lock.lock()的執行流程.
前面的執行過程一直是如出一轍的, 直到這裏:
/**
* @return 返回true: 獲取到鎖; 返回false: 未獲取到鎖
* 何時返回true呢? 1.沒有線程在等待鎖；2.重入鎖，線程原本就持有鎖，也就能夠理所固然能夠直接獲取
* @implNote 嘗試直接獲取鎖.
*/
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
// 獲取當前線程的引用
final Thread current = Thread.currentThread();
// 當前鎖的計數器. 因爲前面的那句lock已經獲取到鎖了, 因此這裏是status==1, 也就是 c==1
int c = getState();
// c==1, 表示當前有線程持有鎖, 因此這段if是進不去了
if (c == 0) {
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
// 因爲 c==1 , 沒法進入if語句, 因此來看看滿不知足這裏的 else if
// 這個鎖被人佔了, 但仍是不死心, 因而看一下是否是當前線程本身佔的這個鎖.
// (人家女生說有喜歡的人, 爲何不問問是否是本身呢 = =.)
// 因爲是同一個線程, 因此就是本身啦! 因此會進入這個else if分支，
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 代碼執行到這裏了, 就是所謂的 重入 了
// 這裏的acquires的值是1, 因此nextc = 1 + 1 , 也就是2了
int nextc = c + acquires;
// 小於0, 說明int溢出了
if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded");
// 在這裏把狀態更新一下, 把state更新爲2, 意思就是這個鎖被同一個線程得到2次了.
// (你們就能夠以此類推, 下次再重入的話, 那麼就會再+1, 就會變爲3....)
setState(nextc);
// 重入完成, 返回true
return true;
}
return false;
}
還記得上小節講的, 獲取鎖的時候進入的是這段代碼的if語句, 而重入就不同了, 進入的是 else if語句. 但最終返回的仍是true, 表示成功.
上面講的是無爭強的狀況, 接下來說講有爭搶的狀況.
3. 公平鎖cas爭搶失敗
場景以下:
一開始鎖是空閒狀態, 而後兩個線程同時爭搶這把鎖(在cas操做處發生了爭搶).
一個線程cas操做成功, 搶到了鎖; 另外一個線程cas失敗.
代碼例子以下(代碼的意思到位了, 可是這段代碼最後不必定會在cas處進行爭搶, 你們意會就行了):
cas操做成功的線程就和上面第1小節的同樣, 就不用再重複描述了.
而cas爭搶失敗的線程會何去何從呢? 看我給你們分析:
/**
* @return 返回true: 獲取到鎖; 返回false: 未獲取到鎖
* 何時返回true呢? 1.沒有線程在等待鎖；2.重入鎖，線程原本就持有鎖，也就能夠理所固然能夠直接獲取
* @implNote 嘗試直接獲取鎖.
*/
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
// 獲取當前線程的引用
final Thread current = Thread.currentThread();
// 當前鎖的計數器.
int c = getState();
// state == 0 表示此時沒有線程持有鎖
if (c == 0) {
// 本場景中, 一開始鎖是空閒的, 因此隊列裏沒有等待的線程
if (!hasQueuedPredecessors() &&
// 兩個線程在這裏進行爭搶
// cas搶成功的會進入到if代碼塊
// cas搶失敗的, 就跳出整個if-else, 也就是直接到最後一行代碼
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;
}
// cas 操做失敗後, 會這直接執行到這裏. 返回false.
return false;
}
在這裏返回了false, 回到上一層函數.
第一個條件是true, 因此會繼續往下執行acquireQueued方法. 來準備讓這個失敗的線程進入隊列等待.
下面繼續來給你們講解 acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg) .
先講講這個addWaiter(Node.EXCLUSIVE):
/**
* 將當前線程封裝爲Node, 而後根據所給的模式, 進行入隊操做
*
* @param mode 有兩種模式 Node.EXCLUSIVE 獨佔模式, Node.SHARED 共享模式
* @return 返回新節點, 這個新節點封裝了當前線程.
*/
private Node addWaiter(Node mode) { // 這個mode沒用上.
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// 我們剛纔都沒見到過tail被賦予了其餘的值, 固然就是null了.
Node pred = tail;
// tail是null的話, pred就是null, 因此不會進入到這個if語句中.因此跳過這個if語句.
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
// 由於鎖的等待隊列是懶初始化, 直到有節點插入進來, 它才初始化.
// 而如今這個掙錢失敗的線程, 正好是鎖創建以來, 第一個進入等待隊列的線程. 因此如今才準備進行初始化.
// 初始化完了後會把當前線程的相關信息和引用封裝成Node節點, 而後插入到隊列當中.而且制定head 和 tail.
// tail就不等於null了, 因此下一次addWaiter方法被調用的時候, 就會執行上面的if語句了. 而不會跳過if語句, 來到這裏進行初始化了.
enq(node);
// 返回這個Node節點.
return node;
}
目的就是要將這個cas失敗的線程封裝成節點, 而後插入到隊尾中. (等待隊列是懶初始化,)
若是隊列已經初始化了, 那麼tail就不會是null, 就會執行上面代碼中的if語句, 調整一下指針的引用就行了.
可是若是隊列還未初始化, 那麼就應該先初始化, 再插入. 先初始化,再插入, 對應的代碼是enq(node).
接下來說解一下enq方法:
/**
* 採用自旋的方式入隊
* CAS設置tail,直到爭搶成功.
*/
private Node enq(final Node node) {
for (; ; ) {
Node t = tail;
// 最開始tail確定是null, 進入if進行初始化head和tail.
if (t == null) { // Must initialize
// 設置head 和tail. cas來防止併發.
if (compareAndSetHead(new Node())) tail = head;
// if 語句執行完了後, 以後的for循環就會走else了.
} else {
// 爭搶入隊, 沒搶到就繼續for循環迭代.搶成功了就能夠return了,否則一直循環.
// 爲何是用cas來爭搶呢? 由於怕是多個線程一塊兒執行到這裏啊
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
剛纔的addWaiter(Node.EXCLUSIVE) 分析完了, 總之就是addWaiter以後, 隊列確定是被建立完了, 並且還把node(當前線程的封裝)插入到了隊列的隊尾. 而且返回了這個node. acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg) 能夠簡化爲 acquireQueued(node)
因此繼續分析acquireQueued方法.
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
// node是剛纔addWaiter方法插入到隊尾的節點
// arg 是 1
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (; ; ) {
// 獲取node節點的前驅.
final Node p = node.predecessor();
// 若是node節點的前驅是head
if (p == head
// 那麼能夠再嘗試着搶一下鎖.
// 等待隊列裏的第一個節點很樂觀, 由於確實頗有可能會立刻輪到他
&& tryAcquire(arg)) {
// 若是這個node就是那麼巧合, 剛剛鎖被釋放了, 這回從新搶就真的搶到了
// 那麼就把當前節點設爲頭結點.(頭結點的含義就是當前持有鎖的線程)
setHead(node);
// 上一個節點既然已經釋放了鎖, 也就該GC了. 置爲null, 方便GC收集
p.next = null; // help GC
// 很明顯是獲取鎖成功了啊, 因此failed = false
failed = false;
// 這麼大一段代碼, 只有這一處return
return interrupted;
}
//---- 若是不是隊頭, 那麼就會執行到這裏.
//---- 或者雖然做爲等待隊列裏的第一名, 單因爲持有鎖的線程仍是沒有釋放, 因此仍是沒搶到鎖. 那麼也會執行到這裏
// 獲取鎖失敗的時候是否該阻塞
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node)
// 在這裏阻塞, 等待喚醒
&& parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
// 上面那段, 若是中途異常了的話, 就會執行到這裏. (通常不會到這裏的)
if (failed) cancelAcquire(node);
}
}
上面這段代碼中shouldParkAfterFailedAcquire方法 和 parkAndCheckInterrupt() 方法 還未解釋. 一個一個來.
/**
* 當前線程沒有搶到鎖，是否須要掛起當前線程
*
* @param pred 前驅結點
* @param node 當前結點
* @return 若是線程須要被阻塞, 那麼就返回true
*/
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus;
// 前驅節點的 waitStatus == -1 ，說明前驅節點狀態正常，當前線程須要掛起，直接能夠返回true
if (ws == Node.SIGNAL)
return true;
// 大於0, 其實就是等於1, Node.CANCELLED 是 1, 由於狀態中只有這個狀態是大於0的...說明前驅節點取消了排隊
// 因此下面這塊代碼說的是, 在鏈表中從prev結點開始, 往前刪掉CANCELLED狀態的結點.
// 只有CANCELLED狀態值大於0
if (ws > 0) {
do {
node.prev = pred = pred.prev;
// 刪掉以後再往前看看, 看看前面是否是CANCELLED, 若是是, 那還得繼續往前刪
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
// 在前面的兩個if語句中排除掉了waitStatus值爲-1和1的狀況，
// 只剩下0，-2，-3這三個狀態了
// 然而在咱們前面的源碼中，都沒有看到有設置waitStatus的，
// 因此只剩下等於0的狀況了
// 下面的操做就是, 若是waitStatus等於0, 那麼就用cas將前驅結點的waitStatus設置爲-1
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}
shouldParkAfterFailedAcquire裏的前兩行是在判斷前驅節點prev的狀態. 可是以前我們分析代碼, 並無發現哪裏設置了waitState.
因此waitState是默認值0.
因此shouldParkAfterFailedAcquire會直接執行下面的else, 在這裏吧pred的waitState設置爲-1, 而後返回false.
回到剛纔的acquireQueued方法. 因爲外層是for循環, 會在下一次for循環在此執行到shouldParkAfterFailedAcquire方法.
因爲剛纔已經把前驅節點prev的waitState改成1了, 因此此次在前兩行判斷prev的waitState時, 直接就知足條件, 而後return true了.
shouldParkAfterFailedAcquire方法return true了, 纔會往下執行parkAndCheckInterrupt方法.
下面是parkAndCheckInterrupt()方法. 最終返回Thread.interrupted(). 返回線程是否被中斷. (中斷和掛起不是一回事 )
/**
* 在這裏線程阻塞.
* 被喚醒的時候會返回, 若是被中斷過, 那麼就返回true
*
* @return {@code true} if interrupted
*/
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
// 掛起.
MyLockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();
}
LockSupport.park(this)會掛起當前線程. 可是LockSupport.park還有一個隱藏功能. 就是, 若是先對一個線程unpark, 再對這個線程park, 那麼此次的park是失效的. 下一次park纔會掛起.
緣由就是, 對一個沒有被park的線程進行unpark的時候, 會把標誌位perm置爲1. 而每次park的操做, 都是先去檢查perm是否爲1.
若是是1, 那麼置爲0, 而且此次不掛起.
若是perm爲0, 那麼就直接掛起這個線程.
4. 公平鎖因爲隊列內有元素而失敗
demo以下. 前兩個線程, 其中一個獲取鎖成功, 另外一個失敗, 而後進入等待隊列.
稍後, 第三個線程來獲取鎖, 可是這時因爲等待隊列中已經有元素在等待了. 因此會直接失敗, 而後會被插入到等待隊列的尾部.
上面的main方法中總共有三個線程想要佔有鎖. 前兩個鎖的爭搶在上小節就已經模擬過了.
咱麼如今只分析第三個線程申請鎖的流程. 這個場景下的tryAcquire方法以下(會直接返回false):
/**
* @return 返回true: 獲取到鎖; 返回false: 未獲取到鎖
* 何時返回true呢? 1.沒有線程在等待鎖；2.重入鎖，線程原本就持有鎖，也就能夠理所固然能夠直接獲取
* @implNote 嘗試直接獲取鎖.
*/
protected final boolean tryAcquire ( int acquires){
// 獲取當前線程的引用
final Thread current = Thread.currentThread();
// 當前鎖的計數器.
int c = getState();
// 不會走這的if語句, 由於鎖被其餘線程佔有, 確定不是0
if (c == 0) {
if (!hasQueuedPredecessors() &&
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;
}
// 因爲隊列內有元素, 因此if語句不執行,
// 因爲不是重入, else if 也不執行.
// 直接返回false
return false;
}
這段方法返回false, 說明須要執行這個. acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg). 先看看addWaiter方法有什麼區別.
/**
* 將當前線程封裝爲Node, 而後根據所給的模式, 進行入隊操做
*
* @param mode 有兩種模式 Node.EXCLUSIVE 獨佔模式, Node.SHARED 共享模式
* @return 返回新節點, 這個新節點封裝了當前線程.
*/
private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// 如下幾行代碼想把當前node加到鏈表的最後面去，也就是進到阻塞隊列的最後
Node pred = tail;
// 若是tail不是空, 說明有頭結點.說明這個隊列已經被初始化了.
// 由於本小節講的就是: 由於公平鎖的等待隊列中有其餘線程才致使當前線程爭鎖失敗, 因此說明等待隊列不只被初始化了, 並且裏面還有元素.
if (pred != null) {
// node設置本身的前驅爲pred
node.prev = pred;
// 用CAS把當前節點node設置爲隊尾, 若是成功後，tail指針就指向了node
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
// 若是cas爭搶成功, 那麼就會在這裏返回.(而cas失敗的, 會跳過這個if代碼塊, 會執行到下面的enq方法)
// 剩下的就是整理一下鏈表數據結構的鏈接問題了
// pred調整本身的後繼爲node
pred.next = node;
return node;
}
}
// 若是在上面的cas中設置失敗, 那麼仍是會執行到這裏.
// 而後在enq方法裏靠for循環+cas的形式, 不斷嘗試着插入到隊尾.
enq(node);
return node;
}
後續執行的就和上小節的同樣了.就不重複了...
固然, 場景是舉不完的, 舉完的話就跟笛卡爾積那樣了. 我這裏只是靠這四個例子來儘可能完整地分析了獲取鎖的流程.
三. 公平鎖釋放鎖
剛纔申請鎖的流程. 可是爭搶失敗的那些線程, 最後都進入到了等待隊列裏, 而後就杳無音訊了.
那當前持有鎖的線程釋放鎖後, 是如何喚醒等待隊列裏的線程, 讓下一個線程獲取鎖的呢?
咱麼接下來分析一下釋放鎖的過程吧.
1. 申請1次鎖, 執行一些業務, 而後釋放
我們只關注unlock, lock就跳過了, 前面講過了.
ReentrantLock類的lock()方法 代碼以下:
而這個release是AQS裏的方法. 源碼以下:
其中arg變量值是1. 首先會執行tryRelease(1) 來嘗試釋放鎖.
若是嘗試成功了, 那麼tryRelease(1)就會返回true, 就會繼續執行if代碼塊裏的內容.
若是嘗試失敗了, 那麼tryRelease(1)就會返回false. 而後就會跳過if語句, 最終本段方法(release方法)也會返回false.
我們先分析一下tryRelease方法吧(tryRelease方法的源碼在Sync抽象類裏):
protected final boolean tryRelease(int releases) {
// releases == 1
// c 就是重入次數 -1 , 因爲本場景下模擬的是簡單的獲取一次鎖, 而後釋放, 不涉及到重入. 因此getState() == 1
// 因此c = 1 - 1 , c如今等於0
int c = getState() - releases;
// 判斷當前的線程是否是持有鎖的線程, 否則拋異常.
// 這是爲了其餘的線程搗亂.
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
// 用於標記是否能夠徹底釋放鎖
boolean free = false;
// c等於0, 說明沒有重入了, 能夠徹底釋放了.
if (c == 0) {
// 標記一下, 準備徹底釋放鎖
free = true;
// 把鎖的持有者設置爲空, 表示鎖被釋放.
setExclusiveOwnerThread(null);
}
// 把剛纔c==0 設置爲state
setState(c);
// 表示是否徹底釋放. 本場景下返回true
return free;
}
因爲返回的是true, 因此返回後還有if語句塊要執行:
接下來分析一下其中的unparkSuccessor方法, 看看他是如何喚醒下一個節點的.(這個方法在AQS裏)
unpark以後, 就會把以前park(掛起)的線程激活, 而後繼續執行:
若是線程被中斷了, 那麼parkAndCheckInterrupt()方法會返回true, 而後就會執行interrupted = true 這句話.
掛起和中斷不是一回事, 通常不會被中斷的. 因此通常不會執行interrupted=true這句話.
外層是個for循環, 當前線程被激活後, 做爲等待隊列中的第一個線程, 來進行獲取鎖. 因爲是公平鎖, 因此能夠放心拿到, 沒有人會搶, 因此會正常獲取到鎖.
2. 重入鎖的釋放
釋放重入的鎖(同一個線程屢次獲取的鎖), 執行流程惟一不一樣的就是tryRelease方法了, 其餘的都同樣, 能夠直接參考上面一小節的.
咱麼看看重入的時候, tryRelease是如何執行的吧.
protected final boolean tryRelease(int releases) {
// 其實就是重入計數器 -1
// 而因爲本線程獲取了2次這個鎖, 因此state字段的值爲2
// 因此c = 2 - 1
// 因此如今c == 1
int c = getState() - releases;
// 判斷當前的線程是否是持有鎖的線程, 否則拋異常.
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
// 用來標記是否徹底釋放鎖
boolean free = false;
// c如今等於1, 不會進入這個if代碼塊
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
// 設置重入計數器, 也就是讓 state =1
setState(c);
// 返回false.
return free;
}
本小節和上小節的區別就是這段代碼了.既然這段方法返回false, 那麼返回後, release方法的if代碼塊天然也就不執行了.
四. 非公平鎖的獲取
剛纔講解了公平鎖, 那麼接下來說講非公平鎖, 究竟是怎麼個不公平呢?
1. 非公平鎖與公平鎖獲取的區別
因爲非公平鎖的獲取與公平鎖的獲取, 只有一點點區別. 因此咱麼只分析出區別就行了, 其餘的部分都同樣的.
而後會調用到NonfairSync類裏的lock()方法.
這裏就體現出了區別.
公平鎖裏的lock()方法裏面, 只有acquire(1).
而非公平鎖在acquire(1)以前多了一次cas操做. 一上來就嘗試着搶佔鎖, 看看有沒有機會(萬一真的這個時候持有鎖的線程正好把鎖釋放了呢). 非公平鎖根本無論是否有其餘人在排隊.上來就是一搶.
當此次cas失敗了, 纔會像公平鎖同樣進入acquire(1)方法:
這裏和公平鎖同樣. 只是, 非公平鎖的tryAcquire方法和公平鎖的tryAcquire方法內部實現不同.
看看非公平鎖的tryAcquire方法吧:
我們繼續往下看看nonfairTryAcquire方法吧:
/**
* 不公平地嘗試獲取鎖.
* 不公平的語義就是: 不用判斷隊列裏是否有其餘線程在等待, 直接搶.
*/
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
// 獲取當前線程的引用
final Thread current = Thread.currentThread();
// 當前線程的重入次數
int c = getState();
// 若是是0, 表示此時此刻鎖還被被任何一個線程所佔用
if (c == 0) {
// 當c==0的時候, 公平鎖鎖是先判斷隊列裏是否有其餘線程在等待, 若是沒有, 再去cas爭搶.
// 而非公平鎖這裏, 就是根本就不去理會等待隊列, 本身抓到機會就趕忙搶
// cas來爭搶, 讓重入次數變1.
// 用cas是由於這個地方會發生併發.
// 多個搶佔固然只有一個成功了
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
// 設置鎖的擁有者爲當前線程.
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
// 若是不是0, 說明鎖被某一個線程佔用了
// 既然被佔用了, 那就有兩種狀況: 1. 被本身佔用; 2. 被別的線程佔用
// 因此先看看是否是本身佔用的, 若是是本身佔用的, 那就重入.
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 其實就是+1
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
// 這裏不會產生爭搶, 沒必要用cas
// 由於只有佔用鎖的這一個線程才能進入到這個else if 裏
// 一個線程不可能發生爭搶
setState(nextc);
return true;
}
// 1. 若是在if裏的cas爭搶失敗
// 2. 或者是不知足else if的條件
// 那就會直接返回false
// 無論是成功仍是失敗, 都不會有線程的等待阻塞之類的. 都是當即返回.
return false;
}
這裏的非公平鎖的nonfairTryAcquire方法 和 公平鎖的tryAcquire方法很像. 區別就是:
非公平鎖是, 當c==0. 也就是此時此刻, 鎖是空閒狀態的時候. 直接就嘗試着用cas來爭搶鎖, 看看是否能成功, 而無論等待隊列是否還有其餘線程再等待.
而公平鎖在c==0的時候, 也就是state==0 的時候, 先去看看隊列裏是否有其餘線程再等待, 若是隊列裏沒有其餘線程在等待, 纔會去cas爭搶. 否則就會把機會讓給隊列裏的第一個線程, 而本身會進入到等待隊列的尾部.
爲何c==0了, 隊列裏還有可能會有其餘的元素在等待呢?
由於c==0只是說明當前鎖的狀態是空閒狀態. 只是上一個線程剛剛把鎖釋放, 當前線程就來爭搶鎖了, 還沒來得及喚醒等待隊列裏的第一個線程呢.
其餘地方就跟公平鎖都同樣的, 就是多了本小節講的兩處cas.
五. 非公平鎖的釋放
1. 非公平鎖會致使飢餓
也就是說, 上一個線程釋放鎖後, `等待隊列` 裏的第一個線程就會被激活, 而後會執行tryAcquire方法. 若是這個時候有新的線程來爭搶,
因爲是非公平模式, 有可能新的線程會搶到這個鎖. 若是新的線程搶到了鎖, 那麼剛剛被激活的線程(等待隊列裏的第一個線程)就是執行tryAcquire失敗, 這個方法執行失敗就意味着會被再次被掛起. 若是併發量嚴重, 極可能`等待隊列`裏的全部線程在必定時間內都沒法被正常調度.也就是產生了線程飢餓的現象.
六. Condition簡介
1. condition簡介和demo
public class Main {
private static MyReentrantLock lock = new MyReentrantLock();
private static Condition condition = lock.newCondition();
public static void main(String[] args) {
new Thread(Main::funcA).start();
new Thread(Main::funcB).start();
}
public static void funcA() {
lock.lock();
System.out.println("await以前");
try {
condition.await(); // 在這裏等待被其餘線程通知(signal)
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("await以後");
lock.unlock();
}
public static void funcB() {
lock.lock();
System.out.println("signal以前");
condition.signal(); // 這裏會通知funcA的await().讓funcA()繼續執行下去
System.out.println("signal以後");
lock.unlock();
}
}
運行這段代碼, 輸出以下:
若是仍是沒有體會到區別, 那麼把main方法裏的第二行註釋掉, 而後再執行一下:
輸出結果以下:
也就是說, await()會使當前線程掛起, 須要其餘線程通知他, 他才能被激活(喚醒).
七. Condition實例化
1. 獲取condition的例子
2. condition實例化的源碼
newCondition方法在ReentrantLock類裏的實現以下:
Sync類裏的newCondition()方法以下:
ConditionObject是AQS裏的一個內部類,實現自Condition, 類的聲明以下(具體源碼後面再解釋):
八. condition的等待(await) 和 通知(signal)
1. 只執行一句await()後的流程
await()方法的具體實如今AQS裏的內部類ConditionObject類裏:
public final void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException();
// 添加到 condition 的`條件隊列`中
Node node = addConditionWaiter();
// 徹底釋放鎖，返回值是釋放鎖以前的 state 值
int savedState = fullyRelease(node);
int interruptMode = 0;
// 這裏的isOnSyncQueue就是在判斷node節點是否在鎖的`等待隊列`裏
while (!isOnSyncQueue(node)) {
// 在這裏線程掛起
MyLockSupport.park(this);
if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break;
}
//---- 程序不會執行到下面, 由於在前面就已經掛起了.
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT;
if (node.nextWaiter != null)
unlinkCancelledWaiters();
if (interruptMode != 0)
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}
這裏面有幾個方法以前沒提到過, 在這裏一一攻破.
先解決addConditionWaiter()方法:
/**
* 將當前線程對應的節點入隊，插入隊尾, 而且做爲本方法的返回值.
*/
private Node addConditionWaiter() {
// 本例子中的場景下, 只執行過一次await()方法, 因此是第一個進入`條件隊列`的元素.
// 因此lastWaiter和firstWaiter確定都是null.
Node t = lastWaiter;
// 本例子中t==null, 因此這段if暫時不考慮吧
if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
unlinkCancelledWaiters();
t = lastWaiter;
}
// 新建節點
Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
// 由於t==null, 意思是隊列目前仍是空的, 因此這個節點是第一個節點, 因此是firstWaiter.
if (t == null) firstWaiter = node;
else t.nextWaiter = node;
// 但node同時也是最後一個節點, 也就是lastWaiter
lastWaiter = node;
// 最後會返回本方法
return node;
}
接下來是fullRelease(node)方法, 來徹底釋放鎖:
final int fullyRelease(Node node) {
boolean failed = true;
try {
int savedState = getState();
// 這裏使用了當前的 state 做爲 release 的參數，也就是徹底釋放掉鎖，將 state 置爲 0
if (release(savedState)) {
failed = false;
// 而且把釋放鎖以前的state值返回出去. (本例子中是1)
return savedState;
} else {
throw new IllegalMonitorStateException();
}
} finally {
if (failed)
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
}
}
最後就是isOnSyncQueue(node)方法, 來判斷鎖的`等待隊列`中有沒有當前這個node:
/**
* 這個方法就是判斷 node 是否已經移動到sync queue了
* (signal 的時候會將節點從條件隊列移到sync queue)
*/
final boolean isOnSyncQueue(Node node) {
// 當進入Condition隊列時，waitStatus確定爲CONDITION，
// 若是同時別的線程調用signal，Node會從Condition隊列中移除，
// 而且移除時會清除CONDITION狀態。
// 從移除到進入sync queue隊列，中間這段時間prev必然爲null，因此仍是返回false，即被park
if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null)
// 本例子中, 會在這裏返回
return false;
//--- 本例子中, 程序不會往下執行了. 可是下面的代碼仍是分析一下吧. 這樣待會兒就不用再從新講個方法了.
// 當別的線程進入sync queue隊列時，會和前一個Node創建先後關係，因此若是next存在，說明必定在release隊列中
if (node.next != null) // If has successor, it must be on queue
return true;
// 到這裏還沒找到, 那隻能去鎖的`等待隊列`裏一個一個找了
// 可能該Node剛剛最後一個進入release隊列，因此是tail，其next必然是null，因此須要從隊尾向前查找
// 這個方法的源碼就不講了, 太簡單了, 就是鏈表從後往前找node.找到了就true.沒找到就false.
return findNodeFromTail(node);
}
最終會執行到await()方法裏的park()方法, 線程掛起. 等待被別的線程喚醒.
2. 只執行一句signal()後的流程
而後我們看看signal()的源碼.
因爲firstWaiter==null, 因此first==null, signal方法直接就退出了.
3.一個線程await等待, 另外一個線程用signal來喚醒
本場景的程序demo以下:
public class Main {
private static Scanner scanner = new Scanner(System.in);
private static MyReentrantLock lock = new MyReentrantLock();
private static Condition condition = lock.newCondition();
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(Main::funcA).start();
new Thread(Main::funcB).start();
}
public static void funcA() {
lock.lock();
System.out.println("await以前");
try {
condition.await(); // 在這裏等待被其餘線程通知(signal)
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("await以後");
lock.unlock();
}
public static void funcB() {
lock.lock();
System.out.println("signal以前");
System.out.print("請輸入任意內容並回車, 以執行signal方法: ");
scanner.next(); // 在這裏進行阻塞, 在控制檯輸入任意內容後回車, 就會接觸阻塞, 就會執行signal方法, 也就是通知funcA()方法.
condition.signal(); // 這裏會通知funcA的await().讓funcA()繼續執行下去
System.out.println("signal以後");
lock.unlock();
}
}
首先, await()仍然執行到park這句, 而後掛起, 這點與本章第1小節的流程是同樣的(看下圖, 我選中的park那行代碼, await就在這裏掛起):
而此時控制檯以下:
此時尚未執行signal, 由於我用輸入流給signal方法進行阻塞了, 須要輸入內容後回車, 就能夠調用到signal方法.signal通知後,await就會被喚醒.
以下:
我們分析一下signal是如何通知await, 而後讓await線程被喚醒的:
由於剛纔執行過await(), 因此firstWaiter不會是null. 因此會調用到doSignal方法:
上面這段代碼也比較簡單, 就是將firstWaiter爲頭的這個鏈表, 把第一個元素出隊, 而後讓第二個元素當新的頭部. 而後讓剛纔出隊的那個元素執行tansferForSignal方法.
/**
* 將節點從條件隊列轉移到鎖的`等待隊列`
*
* true 表明成功轉移
* false 表明在 signal 以前，節點已經取消了
*/
final boolean transferForSignal(Node node) {
/*
* 在這裏將 waitStatus 置爲 0.
* 若是成功設置爲0, 那麼繼續往下面執行
* 若是CAS 失敗，說明此 node 的 waitStatus 已不是 Node.CONDITION，說明節點已經取消，那麼直接return false.
*/
if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
return false;
/*
* enq(node): 自旋進入阻塞隊列的隊尾.這個在將lock()方法的時候你們見到過.就是同一個方法.
* 這裏的返回值 p 是 node 在阻塞隊列的前驅節點
*/
Node p = enq(node);
int ws = p.waitStatus;
// ws > 0 說明 node 在阻塞隊列中的前驅節點取消了等待鎖，直接喚醒 node 對應的線程。
// 若是 ws <= 0, 那麼 compareAndSetWaitStatus 將會被調用
// 由於節點入隊後，須要把前驅節點的狀態設爲 Node.SIGNAL(-1)
if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
// 若是前驅節點取消或者 CAS 失敗，會進到這裏喚醒線程(可是本場景下不會執行到這裏)
MyLockSupport.unpark(node.thread);
// 返回true
return true;
}
將上面這段代碼總結一下就是: 將本節點的waitState設置爲了0. 而後讓本節點插入到到鎖的`等待隊列`, 而後將前驅節點的waitState設置爲了1. 而後返回了true.
這一行的tansferForSignal返回了true, 取反了就是false了, 因此退出了 while循環. 至此signal方法就執行完畢了.
signal乾的主要事情就是: 把`條件隊列`裏的第一個元素轉移(尾插)到了鎖的`等待隊列`裏.
`條件隊列`就是firstWaiter爲頭結點的一個鏈表.
`等待隊列`就是我們上面將lock() unlock()的時候提到的鎖的等待隊列.
signal方法執行完了後, 接下來就該執行unlock()方法了. 以下圖:
unlock()所作的事情就是, 釋放當前的鎖, 而後激活`等待隊列`裏的第一個線程.
而在本場景下, 如今等待隊列裏有且僅有一個元素, 就是signal方法轉移的那個元素.
unlock()以前分析過, unlock會調用release方法:
release方法所作的就是釋放鎖(第一個紅色代碼), 而後喚醒`等待隊列`裏的第一個線程(第二個紅色代碼).
unlock()方法執行完了後, 剛纔await掛起的那個線程就又被激活了.
因此接下來執行的是acquireQueued方法, 這個方法在將鎖的時候講過, 因此這裏簡單講解一下:
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (; ; ) {
// 本場景下: node是隊列裏的第一個元素, 也就是await的線程對應的node.
// 本場景下: p是node的前一個節點, 也就是head節點了
final Node p = node.predecessor();
// 本場景下: p==head. 鎖如今空閒, tryAcquire也會成功.
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
// 將node設置爲新的head. head節點隱含的意思就是: head節點對應的線程是當前鎖的持有者
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
// 返回false. 由於本場景下該線程沒有被中斷過.
return interrupted;
}
//--- 本場景下, 不會執行到下面的代碼
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node)
&& parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed) cancelAcquire(node);
}
}
最終這個方法返回了true. 接下來, await()方法繼續執行剩下的幾行代碼就能夠退出了:
這兩行就是作了相應的維護操做, 和線程中斷判斷, 這裏就不講解了.
隨後,await方法執行完了, 退出方法棧.
而後就繼續往下執行. 執行System.out.println, 而後是unlock.
至此本段程序就執行完了.
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