AQS源码探究之竞争锁资源
AQS源码探究---竞争锁资源
我们进入ReentrantLock源码中查看其内部类
- Sync 对AQS进行扩展公共方法并定义抽象方法的抽象类
- FaireSync 实现公平锁的AQS的实现类
- UnFairSync 实现非公平锁的ASQ的实现类
我使用例子进行的debug，然后一步一步看源码。例子在文章最后面
以下流程皆以非公平锁为例
线程竞争锁资源
AQS的state解释：
- 0 表示锁没有被占用
- 1 表示锁被占用了
- > 1 表示锁被重入了 PS： ReentrantLock是可重入锁
获得锁执行流程
- 创建ReentrantLock对象
// ReetrantLock 默认创建一个非公平锁的AQS
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
- 然后我们调用lock方法请求锁
- 成功，即将锁的owner主人设置为当前线程，接下来就是回到线程中执行线程的任务。
- 失败，即进入acquire的流程。
static final class NonfairSync extends Sync {
final void lock() {
// 请求锁资源，如果将锁的state状态0改成1，即为成功获得锁资源
if (compareAndSetState(0, 1))
// 将锁的拥有者设置为当前线程，里面就一句话没啥好看的
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
}
下面是AQS阻塞链表是由一个双向链表组成的。
阻塞链表的成员对象Node的waitState状态解释：
- CANCELLED = 1 表示线程已经被取消了
- SIGNAL = -1 表示后继线程需要unpark解除阻塞，下图即表示。
锁竞争失败流程
- 进入acquire方法
public final void acquire(int arg) {
// 首先再次请求锁
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
- 首先会执行tryAcquire方法
protected final boolean tryAcquire(int acquires) { // 注意：我们进入的是非公平锁的tryAcquire实现
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
再次进入nonfairTryAcquire(acquires)方法
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread(); // 获得当前线程
int c = getState(); // 获得当前线程的状态
if (c == 0) { // 如果状态为0即锁资源被释放现在处于空闲状态，会尝试获得锁
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { // 这里是可重入代码，后面解释
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false; // 失败返回false。如果是成功获得锁或者是重入都会返回true。需要了解
}
- 回到步骤1代码，如果是失败返回false取反true，就会继续执行if语句。成功取反后false就直接结束当前语句，就会直接回到线程执行线程代码了。
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) // 这里是两个方法，需要一个一个来
selfInterrupt();
}
// acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
- 执行addWaiter方法，概括就是将没有获得锁的加入一个等待链表中。
private Node addWaiter(Node mode) { // 刚创建的时候mode为null的
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); // 首先创建一个node
// Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
Node pred = tail; // 将尾部的引用给pred变量
if (pred != null) { // 刚开始创建的时候pred是null的
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) { // 这个代码块就是cas尝试加入双向链表尾部
pred.next = node;
return node;
}
}
enq(node); // 这里是创建head和tail进的方法，和if (compareAndSetTail(pred, node))失败进入
return node; // 方法返回由当前线程创建的node
}
enq方法的进入条件
- 进行head和tail的初始化。
- 多线程下如果调用enq方法失败，就是当别的线程也进入了等待链表，此时tail就会改变，上面的cas就会false，没有返回，就会进行enq方法
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail; // 如果尾部为空就会进行初始化，没有的话不断进行cas尝试插入链表尾部。
if (t == null) { // Must initialize 初始化链表
if (compareAndSetHead(new Node())) // 我们可以看到head是指向一个没有参数的node对象的
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node; // 注意t还是引用旧值，而tail已经更新引用为node了。
return t;
}
}
}
}
疑问：
compareAndSetTail(t, node) 方法在我初次遇见的时候很奇怪。为什么t还算指向了旧的node对象
因为这个compareAndSetTail只是将tail的引用改变成了node，注意这边改变的是tail的引用。并没有去改变pred的引用。传入pred只是保证我们获得的尾部和现在的尾部是一样的，才能进行安全的尾部连接。
这也是我基础不太扎实的原因吧。
- 执行acquireQueued方法，再次尝试获得锁，和进行阻塞
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
final Node p = node.predecessor(); // 获得node前驱
if (p == head && tryAcquire(arg)) { // 如果是第一个等待锁的线程，再次请求锁
setHead(node); // 请求成功就将该线程的node直接移出等待链表
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && // 检查状态并更新前驱状态为-1，即表示有后继节点阻塞了。
parkAndCheckInterrupt()) // 进入park，如果被中断返回true
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
在parkAndCheckInterrupt方法时进行park阻塞。
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();
}
线程释放锁
- 调用unlock方法
public void unlock() {
sync.release(1);
}
- 调用release方法
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) { // 进入tryRelease即尝试释放
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
进入tryRelease的ReentrantLock实现
protected final boolean tryRelease(int releases) {
int c = getState() - releases; // 获得当前的状态
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) // 非获得锁线程抛异常
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
if (c == 0) { // 如果没有重入直接释放锁将owner置为null
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
setState(c); // 由于锁资源只有一个只有一个线程能更新状态，所以更新AQS状态不需要cas
return free;
}
- 继续回到release方法，释放锁成功返回true，进入条件语句
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) { // 进入tryRelease即尝试释放
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0) // 阻塞队列存在即头节点不为空且头节点的状态不为0，为0表示后面没节点阻塞了
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
- 进入unparkSuccessor方法，就不贴源码了，简单介绍一下就是将头节点置空，将阻塞队列中第一个等待的node解除阻塞，将他放出来去抢锁资源。
非公平锁和公平锁的区别
看完源码，整明白了就是锁资源释放后会放第一个等待线程去抢锁。
我就疑惑了，那明明就是公平的啊。
其实只是释放了线程，但是同时有其他的线程进行争抢，就又会变成争抢的情况，还是可能被其他线程抢走锁资源。
公平锁
就会判断如果阻塞链表是否为空，为空才能进行获取锁资源，又或者是锁重入
不然就是直接加入阻塞链表，从而实现了公平。
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
DEBUG例子
@Slf4j
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// Reentrantlock锁资源被拥有
new Thread(()->{
lock.lock();
try{
log.debug("运行中");
try {
Thread.sleep(2000000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}finally {
lock.unlock();
}
}).start();
// ReentrantLock阻塞链表初始化
new Thread(()->{
lock.lock();
try{
log.debug("运行中");
try {
Thread.sleep(2000000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}finally {
lock.unlock();
}
}).start();
// ReentrantLock 再次向阻塞链表添加线程
new Thread(()->{
lock.lock();
try{
log.debug("运行中");
try {
Thread.sleep(2000000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}finally {
lock.unlock();
}
}).start();
}
}
