同步工具类

同步工具类

阿里巴巴2021版JDK源码笔记（2月第三版）.pdf

链接：https://pan.baidu.com/s/1XhVcfbGTpU83snOZVu8AXg
提取码：l3gy

除了锁与 Condition，Concurrent 包还提供了一系列同步工具 类。这些同步工具类的原理，有些也是基于AQS的，有些则需要特殊的实现机制.

1. Semaphore

Semaphore也就是信号量，提供了资源数量的并发访问控制，其使用代码很简单

 //初始化10个资源，第2个参数是公平和非公平选项
Semaphore available = new Semaphore(10,true);
available.acquire();//每次获取一个，如果获取不到，线程就会阻塞
available.release();//用完释放

• 假设有n个线程来获取Semaphore里面的资源（n&gt；10），n个线程中只有10个线程能获取到，其他线程都会阻塞。直到有线程释放了资源，其他线程才能获取到

• 当初始的资源个数为1的时候，Semaphore退化为排他锁。正因为 如此，Semaphone的实现原理和锁十分类似，是基于AQS，有公平和非公平之分

由于Semaphore和锁的实现原理基本相同，上面的代码不再展开解 释。资源总数即state的初始值，在acquire里对state变量进行CAS减 操作，减到0之后，线程阻塞；在release里对state变量进行CAS加操作。

2. CountDownLatch

2.1 CountDownLatch使用场景

一个主线程要等待10个 Worker 线程工作完毕才退出，就能使用CountDownLatch来实现。

//初始化为10，没有公平和非公平的概念
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(10);
countDownLatch.await();//主线程调用该方法会阻塞在这里
countDownLatch.countDown();//减 1，挡减为0时，主线程会被唤醒

2.2 await（）实现分析

public void await() throws InterruptedException {
    sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
    throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
 protected int tryAcquireShared(int acquires) {
     return (getState() == 0) ? 1 : -1;
 }

从tryAcquireShared（..）方法的实现来看，只要state！=0，调用await（）方法的线程便会被放入AQS的阻塞队列，进入阻塞状态。

2.3 countDown（）实现分析

public void countDown() {
    sync.releaseShared(1);
}
public final boolean releaseShared(int arg) {
    if (tryReleaseShared(arg)) {
        doReleaseShared();
        return true;
    }
    return false;
}

protected boolean tryReleaseShared(int releases) {
    // Decrement count; signal when transition to zero
    for (;;) {
        int c = getState();
        if (c == 0)
            return false;
        int nextc = c-1;
        if (compareAndSetState(c, nextc))
            return nextc == 0;
    }
}

countDown（）调用的 AQS 的模板方法 releaseShared（），里 面的 tryReleaseShared（..）被CountDownLatch.Sync重新实现。从 上面的代码可以看出，只有state=0，tryReleaseShared（..）才会返 回true，然后执行doReleaseShared（..），一次性唤醒队列中所有阻塞的线程

3. CyclicBarrier

循环屏障

3.1 CyclicBarrier使用场景

CyclicBarrier cb = new CyclicBarrier(10);
cb.await()

10个工程师一起来公司应聘，招聘方式分为 笔试和面试。需要10个人都到了才进行笔试，面试

3.2 CyclicBarrier实现原理

public class CyclicBarrier {
	private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    //用于线程互相唤醒
    private final Condition trip = lock.newCondition();
    //总线程数
    private final int parties;
    private final Runnable barrierCommand;
    private Generation generation = new Generation();
    
    public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
        if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
        this.parties = parties;
        this.count = parties;
        this.barrierCommand = barrierAction;
    }
}

当所有的线程被唤醒时，barrierAction被执行。

3.3 await方法分析

public int await() throws InterruptedException, BrokenBarrierException {
    try {
        return dowait(false, 0L);
    } catch (TimeoutException toe) {
        throw new Error(toe); // cannot happen
    }
}
private int dowait(boolean timed, long nanos)
    throws InterruptedException, BrokenBarrierException,
TimeoutException {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        final Generation g = generation;
        if (g.broken)
            throw new BrokenBarrierException();

        if (Thread.interrupted()) {//响应中断
            breakBarrier();//唤醒所有阻塞的线程
            throw new InterruptedException();
        }

        int index = --count; //每个线程调用一次
        if (index == 0) {  // tripped，当调为0时，此线程唤醒所有线程
            boolean ranAction = false;
            try {
                final Runnable command = barrierCommand;
                if (command != null)
                    command.run();//执行回调方法
                ranAction = true;
                nextGeneration();//唤醒所有线程
                return 0;
            } finally {
                if (!ranAction)
                    breakBarrier();
            }
        }
        // loop until tripped, broken, interrupted, or timed out
        for (;;) { //人没齐，都阻塞在这里
            try {
                if (!timed)
                    trip.await();
                else if (nanos > 0L)
                    nanos = trip.awaitNanos(nanos);
            } catch (InterruptedException ie) {
                if (g == generation && ! g.broken) {
                    breakBarrier();
                    throw ie;
                } else {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }
            if (g.broken)
                throw new BrokenBarrierException();

            if (g != generation)
                return index;

            if (timed && nanos <= 0L) {
                breakBarrier();
                throw new TimeoutException();
            }
        }
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

private void breakBarrier() {
    generation.broken = true;
    count = parties;
    trip.signalAll();
}

• CyclicBarrier是可以被重用的。以上一节的应聘场景为 例，来了10个线程，这10个线程互相等待，到齐后一起被唤醒，各自 执行接下来的逻辑；然后，这10个线程继续互相等待，到齐后再一起被唤醒。每一轮被称为一个Generation，就是一次同步点。
• CyclicBarrier 会响应中断。10 个线程没有到齐，如果有 线程收到了中断信号，所有阻塞的线程也会被唤醒，就是上面的breakBarrier（）函数。然后count被重置为初始值（parties），重新开始。
• 上面的回调函数，barrierAction只会被第10个线程执行1次（在唤醒其他9个线程之前），而不是10个线程每个都执行1次。

4. Exchanger

4.1 Exchanger使用场景

Exchanger用于线程之间交换数据，其使用代码很简单

4.2 实现原理

Exchanger的核心机制和Lock一样，也是CAS+park/unpark

5. Phaser

5.1 用Phaser替代CyclicBarrier和CountDownLatch

从JDK7开始，新增了一个同步工具类Phaser，其功能比CyclicBarrier和CountDownLatch更加强大。

//初始化10
Phaser phaser = new Phaser(10);
phaser.awaitAdvance(phaser.getPhase());//主线程调用该方法是，阻塞在这
phaser.arrive();//每个线程工作完成之后。调用一次arrive
phaser.arriveAndAwaitAdvance()

5.2 Phaser新特性

• 动态调整线程个数

   phaser.register();//注册1个
  phaser.bulkRegister(10);//注册10个
  phaser.arriveAndDeregister();//借注册
  

• 层次Phaser:多个Phaser可以组成树状结构，可以通过在构造函数中传入父Phaser来实现