锁和AQS

目录

• 锁
  • 定义
    • 优点
    • 缺点
    • 特点
    • 如何实现
• AbstractQueuedSynchronizer
  • 状态变量
  • CLH队列
  • 独占模式和共享模式
  • LockSupport
  • AQS实现-ReentrantLock
  • 公平锁
    • lock细节
    • unlock细节
  • AQS实现-Semaphore
  • AQS实现-CountDownLatch

锁

定义

package java.util.concurrent.locks;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public interface Lock {

    void lock();

    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;

    boolean tryLock();

    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    void unlock();

    Condition newCondition();
}

优点

• 持续等待-lock()
• 可中断-lockInterruptibly()
• 非阻塞-tryLock() 没有公平可言！
• 可超时-tryLock(long time, TimeUnit unit)
• 非阻塞块使用
• 任意链式锁：a+、b+、c+、a-、c-、b-

缺点

• 有使用要求

 Lock l = ...;
 l.lock();
 try {
   // access the resource protected by this lock
 } finally {
   l.unlock();
 }}

特点

• 定义了锁的基本使用需求方法：独占（如定时任务）或者保持时序（如计时器）

• 普通接口+普通实现类：意味着任何人都可以实现

• 纯code实现，没有特殊的JVM底层支持

• 提供了抽象支持AbstractQueuedSynchronizer

如何实现

• 使用一个标志位表示锁是否被获取
• 使用一个数据结构保存等待的线程

AbstractQueuedSynchronizer

• 使用int表示状态，支持重入
• 使用CLH变种队列实现等待队列：双向链表，pre可靠，状态保存在前继节点中，有虚拟头节点
• 支持独占和共享模式
• 使用LockSupport进行线程阻塞

状态变量

• 使用int表示状态，更具拓展性

CLH队列

• 使用反向单链表实现
• 公平锁
• 不断自旋，获取前继节点状态
• CLH详情链接

独占模式和共享模式

• 独占模式只支持一个线程获取锁：ReentrantLock
• 共享模式支持多个线程同时获取锁：Semaphore

LockSupport

• park 阻塞线程
• unpark 取消阻塞线程

AQS实现-ReentrantLock

• 可重入，独占模式

• 通过Sync继承AbstractQueuedSynchronizer，实现独占获取和释放

• Sync具体实现分为公平和非公平两种，区别在于获取时是否能插队

• ReentrantLock实现Lock接口，具体实现调用Sync

公平锁

lock细节

1. 没人排队，尝试获取锁
2. 自己在排队，重入
3. 别人在排队，自己进入队列，设置pre状态，park

unlock细节

1. 必须是获得锁的线程，不然报错
2. 释放状态，如果完全释放，解除独占线程
3. 如果完全释放，唤醒第一个等待线程

AQS实现-Semaphore

• 不可重入，共享模式
• 初始化一个状态值，获取时判断状态值是否超过最大值，超过获取失败，不超过获取成功

AQS实现-CountDownLatch

• 初始化一个状态值，每次countDown的时候释放1
• await等待获取锁，当countDown完成后，await获取锁成功