转载请注明出处:http://blog.csdn.net/luonanqin
ReentrantLock类图:
Node是对每一个访问同步代码的线程的封装。不仅包括了需要同步的线程,而且也包含了每个线程的状态,比如等待解除阻塞,等待条件唤醒,已经被取消等等。同时Node还关联了前驱和后继,即prev和next。个人认为是为了以集中的方式管理多个不同状态的线程,当不同的线程发生状态改变时,可以尽快的反应到别的线程上,提高运行效率。比如某个Node的prev已经被取消了,那么当对这个prev解除阻塞的时候就可以被忽略掉,进而尝试解除该Node的阻塞状态。
多个Node连接起来成为了虚拟队列(因为不存在真正的队列容器将每个元素装起来所以说是虚拟的,我把它称为release队列,意思是等待释放),那么就得有head和tail。针对公平锁,head是不带线程的特殊Node,只有next,而最新一个请求锁的线程取锁失败时就把它添加到队尾,即tail。但是对于非公平锁,新请求锁的线程会插队,也许会插到最前面,也许不会。
这里可能有人会有疑问:head放在队列中有什么用处?为什么不是一个等待锁的线程作为head呢?原因很简单,因为每个等待线程都有可能被中断而取消,对于一个已经取消的线程,自然是有机会就把它gc了。那么gc前一定得让后续的Node成为head,这样一来setHead的操作过于分散,而且要应对多种线程状态的变化来设置head,这样就太麻烦了。所以这里很巧妙地将head的next设置为等待锁的Node,head就相当于一个引导的作用,因为head没有线程,所以不存在“取消”这种状态。
State:
state是用来记录锁的持有情况。
// ReentrantLock.class protected final boolean tryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { // 此为公平锁的实现,而非公平锁不调用hasQueuedPredecessors方法,即不需要判断队列里是否有内容,直接通过CAS修改state来竞争锁 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; } return false; }
// AbstractQueuedSynchronizer.class private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) { int ws = pred.waitStatus; if (ws == Node.SIGNAL) /* * This node has already set status asking a release * to signal it, so it can safely park. */ return true; if (ws > 0) { /* * Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and * indicate retry. */ do { node.prev = pred = pred.prev; } while (pred.waitStatus > 0); pred.next = node; } else { /* * waitStatus must be 0 or PROPAGATE. Indicate that we * need a signal, but don't park yet. Caller will need to * retry to make sure it cannot acquire before parking. */ /* * 为什么不关心是否成功却还要设置呢? * * 如果设置失败,表示前驱已经被signal了。如果前驱是head,说明有机会获取锁,所以返回false后还可以再次tryAcquire * * 如果设置成功,表示前驱等待signal。如果再次确认pred.waitStatus仍然是Node.SIGNAL,则表明前驱等待释放锁的情况下必须阻塞当前线程 * 所以返回true后即被park */ compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL); } return false; }
如图所示,这里的粉红色折线与lock流程图里的粉红色虚折线对应,即线程A调用lock阻塞与线程B调用unlock解除线程A的阻塞。同时可以看到unlock只有一个CAS操作,但是也不用关心设置是否成功。我给这段代码做了下面解释:
// AbstractQueuedSynchronizer.class private void unparkSuccessor(Node node) { /* * If status is negative (i.e., possibly needing signal) try * to clear in anticipation of signalling. It is OK if this * fails or if status is changed by waiting thread. */ int ws = node.waitStatus; /* * 为什么不关心是否成功却还要设置呢? * * 注意这里的Node实际就是head * * 如果设置成功,即head.waitStatus=0,则可以让这时即将被阻塞的线程有机会再次调用tryAcquire获取锁。 * 也就是让shouldParkAfterFailedAcquire方法里的compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL)执行失败返回false,这样就能再有机会再tryAcquire了 * * 如果设置失败,新跟随在head后面的线程被阻塞,但是没关系,下面的代码会立即将这个阻塞线程释放掉 */ if (ws < 0) compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); /* * Thread to unpark is held in successor, which is normally * just the next node. But if cancelled or apparently null, * traverse backwards from tail to find the actual * non-cancelled successor. */ Node s = node.next; if (s == null || s.waitStatus > 0) { s = null; for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) if (t.waitStatus <= 0) s = t; } if (s != null) LockSupport.unpark(s.thread); }以上的两段代码说明是我觉得比较难理解的,虽然有英文注释,但是却没说明为什么这么做,我也是反复调试才想明白。但是不得不说这两段代码的巧妙,尽可能利用CAS操作减少阻塞的机会,让线程能有更多机会获取锁,毕竟阻塞线程是内核操作,开销不小。
本篇只讲了普通的lock-unlock,下篇会讲讲等待-通知,即Condition的await-signal的详细流程
参考资料:
自旋锁、排队自旋锁、MCS锁、CLH锁 http://coderbee.net/index.php/concurrent/20131115/577/comment-page-1
深入JVM锁机制1-synchronized http://blog.csdn.net/chen77716/article/details/6618779
深入JVM锁机制2-Lock http://blog.csdn.net/chen77716/article/details/6641477
ReentrantLock和synchronized两种锁定机制的对比 http://blog.csdn.net/fw0124/article/details/6672522
虚拟机中的锁优化简介(适应性自旋/锁粗化/锁削除/轻量级锁/偏向锁) http://icyfenix.iteye.com/blog/1018932 可参考《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践》
原文地址:http://blog.csdn.net/luonanqin/article/details/41871909