深入浅出Java锁--Lock实现原理(底层实现)

当多个线程需要访问某个公共资源的时候,我们知道需要通过加锁来保证资源的访问不会出问题。

java提供了两种方式来加锁,一种是关键字:synchronized,一种是concurrent包下的lock锁

synchronized是java底层支持的,而concurrent包则是jdk实现

 

关于synchronized的原理可以阅读再有人问你synchronized是什么,就把这篇文章发给他。

在这里,我会用尽可能少的代码,尽可能轻松的文字,尽可能多的图来看看lock的原理。

我们以ReentrantLock为例做分析,其他原理类似。

 

我把这个过程比喻成一个做菜的过程,有什么菜,做法如何?

我先列出lock实现过程中的几个关键词:计数值、双向链表、CAS+自旋

我们以ReentrantLock为例做分析,其他原理类似。

实现原理

ReentrantLock() 干了啥

  public ReentrantLock() {

        sync = new NonfairSync();

    }

在lock的构造函数中,定义了一个NonFairSync

static final class NonfairSync extends Sync

NonfairSync 又是继承于Sync

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer

一步一步往上找,找到了

这个鬼AbstractQueuedSynchronizer(简称AQS),最后这个鬼,又是继承于AbstractOwnableSynchronizer(AOS),AOS主要是保存获取当前锁的线程对象,代码不多不再展开。最后我们可以看到几个主要类的继承关系:

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   FairSync 与 NonfairSync的区别在于,是不是保证获取锁的公平性,因为默认是NonfairSync,我们以这个为例了解其背后的原理。

其他几个类代码不多,最后的主要代码都是在AQS中,我们先看看这个类的主体结构。

看看AbstractQueuedSynchronizer是个什么

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再看看Node是什么?

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看到这里的同学,是不是有种热泪盈眶的感觉,这尼玛,不就是双向链表么?我还记得第一次写这个数据结构的时候,发现居然还有这么神奇的一个东西。

最后我们可以发现锁的存储结构就两个东西:“双向链表” + “int类型状态”。

需要注意的是,他们的变量都被”transientvolatile修饰。

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一个int值,一个双向链表是如何烹饪处理锁这道菜的呢,Doug Lea大神就是大神,

我们接下来看看,如何获取锁?

lock.lock()怎么获取锁?

public void lock() {

    sync.lock();

}

可以看到调用的是,NonfairSync.lock()

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看到这里,我们基本有了一个大概的了解,还记得之前AQS中的int类型的state值

这里就是通过CAS(乐观锁)去修改state的值。lock的基本操作还是通过乐观锁来实现的。

获取锁通过CAS,那么没有获取到锁,等待获取锁是如何实现的?我们可以看一下else分支的逻辑,acquire方法:

public final void acquire(int arg) {

    if (!tryAcquire(arg) &&

        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))

        selfInterrupt();

}

这里干了三件事情:

  • tryAcquire:会尝试再次通过CAS获取一次锁。

  • addWaiter:将当前线程加入上面锁的双向链表(等待队列)中

  • acquireQueued:通过自旋,判断当前队列节点是否可以获取锁。

 

addWaiter() 添加当前线程到等待链表中

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可以看到,通过CAS确保能够在线程安全的情况下,将当前线程加入到链表的尾部。

enq是个自旋+上述逻辑,有兴趣的可以翻翻源码。

 

acquireQueued()    自旋+CAS尝试获取锁

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可以看到,当当前线程到头部的时候,尝试CAS更新锁状态,如果更新成功表示该等待线程获取成功。从头部移除。

 

每一个线程都在 自旋+CAS

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最后简要概括一下,获取锁的一个流程

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lock.unlock() 释放锁

public void unlock() {

    sync.release(1);

}

可以看到调用的是,NonfairSync.release()

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最后又调用了NonfairSync.tryRelease()

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基本可以确认,释放锁就是对AQS中的状态值State进行修改。同时更新下一个链表中的线程等待节点

总结

lock的存储结构:一个int类型状态值(用于锁的状态变更),一个双向链表(用于存储等待中的线程)

lock获取锁的过程:本质上是通过CAS来获取状态值修改,如果当场没获取到,会将该线程放在线程等待链表中。

lock释放锁的过程:修改状态值,调整等待链表。

可以看到在整个实现过程中,lock大量使用CAS+自旋。因此根据CAS特性,lock建议使用在低锁冲突的情况下。目前java1.6以后,官方对synchronized做了大量的锁优化(偏向锁、自旋、轻量级锁)。因此在非必要的情况下,建议使用synchronized做同步操作。

最后,希望我的分析,能对你理解锁的实现有所帮助。

 

    原文作者:java锁
    原文地址: https://blog.csdn.net/qq_29373285/article/details/85164190
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系博主进行删除。
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