Java并发编程之美 第六章 java并发包中锁原理剖析

LockSupport

JDK中的rt.jar包里面的LockSupport是个工具类，主要作用是挂起和唤醒线程

LockSupport类与每个使用它的线程都会关联一个许可证，在默认情况下调用LockSupport的方法的线程是不持有许可证的

LockSupport使用unsafe类实现

LockSupport的主要函数：

1 park

如果调用park的线程已经拿到与LockSupport关联的许可证，则调用LockSupport.park时会马上返回，否则调用线程会被禁止参与线程的调度，也就是被阻塞

2 unpark

调用unpark时，如果线程没有关联的许可证，则让thread线程持有，

3 parkNanos

 

 

 

 

抽象同步队列AQS概述

AQS-锁的底层支持

AbstractQueuedSynchronizer抽象同步队列简称AQS，是实现同步器的基础组件，并发包中锁的底层就是使用AQS实现的

AQS是一个FIFO的双向队列，其内部通过节点head和tail记录队首和队尾元素，队列元素的类型为Node

node节点属性：

1 thread 变量存放进入AQS队列的线程

2 SHARED 用来标记该线程是获取共享资源时被阻塞挂起后放入AQS的

3 EXCLUSIVE 是用来标记线程是获取独占资源时被挂起后放入队列的

4 waitStatus 记录当前线程等待状态，CANCELLED(线程被取消了)，SIGNAL(线程需要被唤醒)，CONDITION(线程在条件队列里面等待)，PROPAGATE(释放共享资源时需要通知其他节点)

5 prev 前驱节点

6 next 后继节点

AQS维持了一个单一的状态信息state，其含义如下：

1 ReentrantLock中，state表示当前线程获取锁的可重入次数

2 ReentrantReadWriteLock中，state的高16位表示读状态，也就是获取读锁的次数，低16位表示获取到写锁的线程的可重入次数

3 semaphore中，state表示当前可用信号的个数，

4 countDownLatch中，state表示计数器当前的值

 AQS有个内部类ConditionObject，用来结合锁实现线程同步，可以直接访问AQS对象内部的变量，

ConditionObject是条件变量，每个条件变量对应一个条件队列(单向链表队列)，用来存放调用条件变量的await方法后被阻塞的线程，

这个条件队列的头尾分别是firstWaiter和lastWaiter

对于AQS来说，线程同步的关键是对状态值state进行操作，根据state是否属于一个线程，操作state的方式分为独占方式和共享方式

1 独占方式

　　独占资源与具体线程绑定，其他线程尝试获取资源时，会失败后被阻塞

　　获取与释放资源流程如下：

　　（1）获取独占资源时，会先tryAcquire方法尝试获取资源，设置state的值，成功则返回，

　　　　　　失败则将当前线程封装为类型node.EXCLUSIVE的node节点插入到阻塞队列的尾部，并调用LockSupport.park方法挂起自己

　　（2）释放资源时，会tryRelease操作释放资源，设置state值，激活AQS队列里面一个被阻塞的线程

　　　　　　被激活的线程使用tryAcquire，看state是否满足需要，满足就激活，否则还被放入AQS并挂起

2 共享方式

　　资源与具体线程不相关，多个线程去请求资源时通过CAS方式竞争获取资源

　　获取与释放资源流程如下：

　　（1）获取共享资源时，先tryAcquireShared获取资源，设置state的值，成功则返回

　　　　　　失败则封装为node.SHARED的node节点插入AQS阻塞队列的尾部，并调用LockSupport.park挂起自己

　　（2）释放时，会tryReleaseShared操作释放资源，设置state值，激活AQS队列里面一个被阻塞的线程

　　　　　　被激活的线程使用tryAcquireShared，看state是否满足需要，满足就激活，否则还被放入AQS并挂起

AQS并没有可用的tryAcquire，tryRelease，tryAcquireShared，tryReleaseShared方法，需要由具体的子类实现。

子类根据具体场景使用CAS算法修改state值，

 

 

 

 

AQS-条件变量的支持

notify和wait，是配合synchronized内置锁实现线程间同步的基础设置

条件变量的signal和await方法也是用来配合锁(使用AQS实现的锁)实现线程间同步的基础设施

synchronized只能与一个变量实现同步

AQS一个锁可以对应多个条件变量

ReentrantLock lock= new ReentrantLock() ：创建了一个独占锁 ReentrantLock 对象， ReentrantLock 是基于 AQS 实现的锁

Condition condition = lock . newCondition(); 

Lock 对象的 newCondition ()方法创建了一个在AQS内部声明的ConditionObject 变量，

这个变量就是 Lock 锁对应的一个条件变量。需要注意的是，一个 Lock 对象可以创 建多个条件变量。

每个条件变量内部维护了一个条件队列，用来存放调用条件变量的await()方法时被阻塞的线程，这个条件队列和AQS队列不一样

 

 

 

 

 

 

独占锁ReentrantLock的原理

ReentrantLock是可重入的独占锁，同时只能有一个线程获取该锁，

AQS的state状态值表示线程获取该锁的可重入次数，

state=0表示没有被线程持有

state=1表示当前线程获取该锁，记录该锁持有者

state=2表示锁持有线程第二次获取该锁

释放时state减1，为0时，表示释放该锁

 

 

 

 

读写锁ReentrantReadWriteLock的原理

采用读写分离的策略，允许多个线程同时获取读锁

内部维护了一个ReadLock和一个WriteLock，

state的高16位表示读状态，也就是获取到读锁的次数，低16位表示获取到写锁的线程的可重入次数

 

 

 

 

JDK8中新增的StampedLock锁探究

该锁提供了三种模式的读写控制，当调用获取锁的系统函数时，会返回一个long型的变量，称之为戳记

三种读写模式的锁分别如下：

1 写锁 

2 悲观读锁

3 乐观读锁