Lock介绍
Lock是juc(java.util.concurrent)包上面的一个接口类,是作者Doug Lea定义的api标准,次要接口有
api | 阐明 | |
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void lock() | 获取锁。 如果锁不可用,则出于线程调度目标,以后线程将被禁用,并处于休眠状态,直到获取锁为止。 |
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void lockInterruptibly() throws InterruptedException | 除非以后线程被中断,否则获取锁。 如果锁可用,则获取锁并立刻返回。 如果锁不可用,则出于线程调度目标,以后线程将被禁用,并处于休眠状态,直到产生以下两种状况之一: 锁被以后线程获取; 或者 其余线程中断以后线程,反对中断获取锁。 如果以后线程: 在进入此办法时设置其中断状态; 或者 获取锁时中断,反对中断获取锁, 而后抛出InterruptedException并革除以后线程的中断状态。 |
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boolean tryLock() | 仅当调用时锁闲暇时才获取锁。 如果锁可用,则获取锁并立刻返回 true 值。 如果锁不可用,则此办法将立刻返回 false 值。 |
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boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException | 如果在给定的等待时间内锁是闲暇的并且以后线程没有被中断,则获取锁。 如果锁可用,此办法立刻返回 true 值。 如果锁不可用,则出于线程调度目标,以后线程将被禁用,并处于休眠状态,直到产生以下三种状况之一: 锁被以后线程获取; 或者 其余线程中断以后线程,反对中断获取锁; 或者 指定的等待时间已过 如果获取了锁,则返回 true 值。 如果以后线程: 在进入此办法时设置其中断状态; 或者 获取锁时中断,反对中断获取锁, 而后抛出InterruptedException并革除以后线程的中断状态。 如果指定的等待时间已过,则返回值 false。 如果工夫小于或等于零,则该办法基本不会期待。 |
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void unlock() | 开释锁 | |
Condition newCondition() | 返回绑定到此 Lock 实例的新 Condition 实例。 在期待条件之前,以后线程必须持有锁。 对 Condition.await() 的调用将在期待之前主动开释锁,并在期待返回之前从新获取锁。 |
Condition介绍
Condition也是juc包下的一个接口类,须要在线程持有Lock的状态下操作该接口下的办法,次要接口有
api | 阐明 | |
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void await() throws InterruptedException | 导致以后线程期待,直到收到信号或中断。 与此条件关联的锁被主动开释,以后线程出于线程调度目标而被禁用,并处于休眠状态,直到产生以下四种状况之一: 其余线程调用该Condition的signal办法,并且以后线程恰好被选为要唤醒的线程; 或者 其余一些线程为此条件调用 signalAll 办法; 或者 其余线程中断以后线程,反对线程挂起中断; 或者 产生“虚伪唤醒”。 在所有状况下,在此办法返回之前,以后线程必须从新获取与此条件关联的锁。 当线程返回时,保障持有该锁。 如果以后线程: 在进入此办法时设置其中断状态; 或者 期待时被中断,反对线程挂起中断, 而后抛出InterruptedException并革除以后线程的中断状态。 在第一种状况下,没有指定是否在开释锁之前进行中断测试。 |
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void lockInterruptibly() throws InterruptedException | 除非以后线程被中断,否则获取锁。 如果锁可用,则获取锁并立刻返回。 如果锁不可用,则出于线程调度目标,以后线程将被禁用,并处于休眠状态,直到产生以下两种状况之一: 锁被以后线程获取; 或者 其余线程中断以后线程,反对中断获取锁。 如果以后线程: 在进入此办法时设置其中断状态; 或者 获取锁时中断,反对中断获取锁, 而后抛出InterruptedException并革除以后线程的中断状态。 |
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void awaitUninterruptibly() | 导致以后线程期待,直到收到信号。 与此条件关联的锁被主动开释,以后线程出于线程调度目标而被禁用,并处于休眠状态,直到产生以下三种状况之一: 其余线程调用该Condition的signal办法,并且以后线程恰好被选为要唤醒的线程; 或者 其余一些线程为此条件调用 signalAll 办法; 或者 产生“虚伪唤醒”。 在所有状况下,在此办法返回之前,以后线程必须从新获取与此条件关联的锁。 当线程返回时,保障持有该锁。 如果以后线程在进入该办法时设置了中断状态,或者在期待时被中断,它将持续期待,直到发出信号。 当它最终从此办法返回时,其中断状态仍将被设置。 |
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long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException | 使以后线程期待,直到收到信号或中断,或者指定的等待时间过来。 与此条件关联的锁被主动开释,以后线程出于线程调度目标而被禁用,并处于休眠状态,直到产生以下五种状况之一: 其余线程调用该Condition的signal办法,并且以后线程恰好被选为要唤醒的线程; 或者 其余一些线程为此条件调用 signalAll 办法; 或者 其余线程中断以后线程,反对线程挂起中断; 或者 规定的等待时间已过; 或者 产生“虚伪唤醒”。 在所有状况下,在此办法返回之前,以后线程必须从新获取与此条件关联的锁。 当线程返回时,保障持有该锁。 如果以后线程: 在进入此办法时设置其中断状态; 或者 期待时被中断,反对线程挂起中断。 |
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boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException | 使以后线程期待,直到收到信号或中断,或者指定的等待时间过来。 | |
boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException | 导致以后线程期待,直到收到信号或中断,或者指定的截止工夫过来。 与此条件关联的锁被主动开释,以后线程出于线程调度目标而被禁用,并处于休眠状态,直到产生以下五种状况之一: 其余线程调用该Condition的signal办法,并且以后线程恰好被选为要唤醒的线程; 或者 其余一些线程为此条件调用 signalAll 办法; 或者 其余线程中断以后线程,反对线程挂起中断; 或者 规定的期限已过; 或者 产生“虚伪唤醒”。 在所有状况下,在此办法返回之前,以后线程必须从新获取与此条件关联的锁。 当线程返回时,保障持有该锁。 如果以后线程: 在进入此办法时设置其中断状态; 或者 期待时被中断,反对线程挂起中断。 |
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void signal() | 唤醒一个期待线程。 如果有任何线程在此条件下期待,则抉择一个线程来唤醒。 该线程必须在从期待返回之前从新获取锁。 |
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void signalAll() | 唤醒所有期待线程。 如果任何线程正在期待这种状况,那么它们都会被唤醒。 每个线程必须从新获取锁能力从期待返回。 |
作用
Lock通过lock,trylock和unlock接口操作,能够保障在多线程环境下的代码块的同步执行,保障执行后果的正确性.通过Condition的await和signal,signallAll操作,保障同步代码块中的条件失去满足能力被执行实现.提醒代码如下:
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class LockAndConditionDemo {
private List<String> containers = new ArrayList<>();
private int capacity = 10;
private Lock lock = new ReentrantLock();
private Condition emptyCondition = lock.newCondition();
private Condition fullCondition = lock.newCondition();
public void add(String product) {
lock.lock();
try {
while (containers.size() == capacity) {
fullCondition.await();
}
containers.add(product);
emptyCondition.signalAll();
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
lock.unlock();
}
}
public String take() {
lock.lock();
String product = null;
try {
while (containers.size() == 0) {
emptyCondition.await();
}
product = containers.remove(0);
fullCondition.signalAll();
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
lock.unlock();
}
return product;
}
}
ReentrantLock介绍
ReentrantLock也是juc包下的一个具体类,它实现了Lock的接口.通常也用它来作为Lock接口的具体实现类,外部通过动态外部类Sync继承AQS(AbstractQueuedSynchronizer)父类来实现Lock的lock办法.
AQS外部是一个同步期待队列,它通过state(状态计数位)和CAS(compareAndSetState)乐观锁的形式实现同步,底层是通过unsafe的本地办法unsafe.compareAndSwapInt来保障操作的原子性的.队列是通过属性head,tail和动态外部类Node的属性prev,next来实现的双向队列,通过enq办法将新包装的Thread的Node节点增加到开端.
简要剖析下ReentrantLock.lock()的源代码:
//办法一:
public void lock() {
//通过sync外部类lock办法,默认为非偏心
sync.lock();
}
//办法二:
final void lock() {
//通过cas乐观锁形式设置锁对象属性state的值,默认值为0
if (compareAndSetState(0, 1))
//胜利设置为1进入此办法
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
//失败进入此办法
acquire(1);
}
//办法三:
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
// 通过unsafe保障操作原子性
//stateOffset = unsafe.objectFieldOffset(AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("state"));state的属性的地址值
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
办法四:
//就是一个set设置属性的办法,该类AbstractOwnableSynchronizer是AQS的父类
//为真到办法四执行实现lock办法就实现了
protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
exclusiveOwnerThread = thread;
}
办法五:
public final void acquire(int arg) {
//tryAcquire办法再次尝试获取state的值,获取胜利就退出,不胜利执行acquireQueued办法
//addWaiter办法
//acquireQueued办法
//selfInterrupt办法
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
办法六:
//调用nonfairTryAcquire办法
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
办法七:
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
//获取以后线程
final Thread current = Thread.currentThread();
//获取AQS以后属性state值
int c = getState();
//如果c变为0了,阐明第一次CAS操作的state值曾经被获取锁的线程批改为0了
if (c == 0) {
//再次调用办法三
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
//胜利则再次调用办法四,同样lock办法也执行实现了,true之后就不会执行&&前面的办法了
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
//如果不为0,判断以后线程是否和锁对象保留的thread属性统一,如果相等阐明是同一个线程,之前的锁还没有开释的状况,能够重入
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
//以后state值+1,如果超过了int的最大值,则达到了重入的边界值抛出异常中断该线程后续执行
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
//设置state属性值后lock办法也执行完了
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
办法八:
//办法参数为static final Node EXCLUSIVE = null;
private Node addWaiter(Node mode) {
//创立AQS的动态外部类的node实例
// Node(Thread thread, Node mode) {
// Used by addWaiter
// this.nextWaiter = mode;
// this.thread = thread;
// }
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
Node pred = tail;
if (pred != null) {
//新退出的节点的上一个节点为该lock对象的AQS的对尾
node.prev = pred;
//通过CAS的形式保障AQS的对尾节点设置为新节点,胜利则将原对尾节点的下一个节点为新退出的节点返回该节点,而后开始执行acquireQueued办法,不胜利进入enq办法
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
// 将以后节点增加到AQS队列的开端并设置尾节点尾以后节点
enq(node);
return node;
}
办法九:
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
//获取新创建节点的前一个节点对象
final Node p = node.predecessor();
//如果上一个节点为头节点,则阐明后面曾经没有期待node了,则再次执行办法七
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
//胜利则设置该node为头节点,断开原先头节点指向该节点的援用链接
//不执行cancelAcquire办法
//不执行selfInterrupt办法,同时lock办法也执行实现了
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
//办法七没有设置胜利,则执行阻塞该线程的办法
//胜利则执行阻塞和查看线程是否被中断的办法
//线程是被中断的则打断标识位设置为true,持续循环执行,否则打断标记为false继续执行
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
//非正常退出循环会执行获取失败会执行勾销获取节点办法
cancelAcquire(node);
}
}
办法十:
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
//获取上一个节点的期待状态
int ws = pred.waitStatus;
//如果为-1则为true退出,执行暂停和查看打断办法parkAndCheckInterrupt()
if (ws == Node.SIGNAL)
/*
* This node has already set status asking a release
* to signal it, so it can safely park.
*/
return true;
//如果大于0,则找到上一个节点之前的节点的期待状态值大于0的前节点
//并将该节点的下一个节点援用设置为该节点,退出持续循环执行上个办法
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.
*/
//如果ws值为0,则通过cas设置期待状态的值为-1,退出持续循环执行上个办法
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}
办法十一:
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
//线程阻塞办法
LockSupport.park(this);
//获取线程是否被打断的状态返回,返回之后线程状态会被重置
return Thread.interrupted();
}
办法十二:
public static void park(Object blocker) {
//获取以后线程
Thread t = Thread.currentThread();
//通过unsafe类将线程parkBlock设置为该lock对象
setBlocker(t, blocker);
//UNSAFE.park是阻塞线程的办法
UNSAFE.park(false, 0L);
//从新将线程parkBlock设置为null
setBlocker(t, null);
}
办法十三:
private static void setBlocker(Thread t, Object arg) {
// Even though volatile, hotspot doesn't need a write barrier here.
//对应parkBlockerOffset搁置lock对象
UNSAFE.putObject(t, parkBlockerOffset, arg);
}
办法十四:
private void cancelAcquire(Node node) {
// Ignore if node doesn't exist
//以后节点为空就退出
if (node == null)
return;
//异样退出将节点线程援用置空
node.thread = null;
// Skip cancelled predecessors
//取到该节点的上个节点的期待状态小于等于0
Node pred = node.prev;
while (pred.waitStatus > 0)
node.prev = pred = pred.prev;
// predNext is the apparent node to unsplice. CASes below will
// fail if not, in which case, we lost race vs another cancel
// or signal, so no further action is necessary.
Node predNext = pred.next;
// Can use unconditional write instead of CAS here.
// After this atomic step, other Nodes can skip past us.
// Before, we are free of interference from other threads.
//以后节点的期待状态设置为1(勾销状态)
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
// If we are the tail, remove ourselves.
将以后节点是否和尾节点相等,相等则将尾节点设置为以后节点的上个节点,上个节点的下一个节点设置为空
if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
compareAndSetNext(pred, predNext, null);
} else {
// If successor needs signal, try to set pred's next-link
// so it will get one. Otherwise wake it up to propagate.
int ws;
前节点不等于头节点并且前节点期待状态不为-1或者将前节点的期待状态设置为-1胜利并且前节点的线程属性不为空,以后节点的下一个节点不为空且期待状态小于等于0,CAS设置前节点的下一个节点为以后节点的下一个节点
if (pred != head &&
((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL ||
(ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&
pred.thread != null) {
Node next = node.next;
if (next != null && next.waitStatus <= 0)
compareAndSetNext(pred, predNext, next);
} else {
//否则唤醒一个节点的线程
unparkSuccessor(node);
}
node.next = node; // help GC
}
}
办法十五:
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.
*/
//获取获取以后节点的期待状态
int ws = node.waitStatus;
//小于0则进行CAS状态设置为0
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;
//以后节点的下一个节点如果为空,或者下一个期待状态大于0,s设置为null,
if (s == null || s.waitStatus > 0) {
s = null;
//从尾节点开始便当到以后节点,取最靠近以后节点的且期待状态小于等于0的赋值给s
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
//如果s不为空,则唤醒该节点的线程办法
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread);
}
办法十六:
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
//尾节点是否为空,为空则通过CAS设置头节点,并将头节点设置给尾节点,再次循环
if (t == null) { // Must initialize
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
//不为空则将以后节点的上一个节点援用设置为尾节点,通过cas形式将尾节点设置为以后节点,原尾节点的下一个节点设置为以后节点,并返回上一个节点
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
总结
ReentrantLock通过CAS保障原子操作,通过AQS将阻塞线程搁置在队列中期待,从头取节点线程,搁置进来的线程节点在对尾.
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