关于lock:一种阅读姿势品读Lock和Synchronized锁

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1.Synchronized 锁

底层是 monitor 监视器,每一个对象再创立的时候都会常见一个 monitor 监视器,在应用 synchronized 代码块的时候,会在代码块的前后产生一个 monitorEnter 和 monitorexit 指令,来标识这是一个同步代码块。

1.1 执行流程

线程遇到同步代码块,给这个对象 monitor 对象加 1,当线程退出以后代码块当前,给这个对象的monitor 对象减一,如果 monitor 指令的值为 0 则以后线程开释锁。

1.2 反编译源码

同步代码块反编译

public void test01(){synchronized (this){int num = 1 ;}
    }

两次 monitorexit 的作用是防止同步代码块无奈跳出,因而存在两种,失常退出和异样退出

同步办法反编译

public synchronized  void test01(){int num = 1 ;}

能够发现其没有在同步办法前后增加 monitor 指令,然而在其底层实际上也是通过 monitor 指令实现的,只不过相较于同步代码块来说,他是隐式的。

1.3 锁降级

JDK1.5 的时候对于 synchronzied 做了一系列优化操作,减少了诸如:偏差锁,轻量级锁,自旋锁,锁粗化,重量级锁的概念。

1.3.1 偏差锁

在一个线程在执行获取锁的时候,以后线程会在 monitor 对象中存储指向该线程的 ID。当线程再次进入的时候,不须要通过 CAS 的办法再来进行加锁或者解锁,而是检测偏差锁的 ID 是不是以后要进行的线程,如果是,间接进入。

偏差锁,实用于一个线程执行工作的状况

JDK1.6 中,默认是开启的。能够通过 -XX:-UseBiasedLocking=false 参数敞开偏差锁

1.3.2 轻量级锁

轻量级锁是指锁为偏差锁的时候,该锁被其余线程尝试获取,此时偏差锁降级为轻量级锁,其余线程会通过自旋的形式尝试获取锁,线程不会阻塞,从而提供性能

降级为轻量级锁的状况有两种:

  • 敞开偏差锁
  • 有多个线程竞争偏差锁的时候

具体实现:

线程进行代码块当前,如果同步对象锁状态为无锁的状态,虚拟机将首先在以后线程的栈帧中创立一个锁记录的空间。这个空间内存储了以后获取锁的对象。

应用状况:

两个线程的相互拜访

1.3.3 重量级锁

在有超过 2 个线程拜访同一把锁的时候,锁主动降级为重量级锁,也就是传统的synchronized,此时其余未获取锁的线程会陷入期待状态,不可被中断。

因为依赖于 monitor 指令,所以其耗费系统资源比拟大

下面的三个阶段就是锁降级的过程

1.3.4 锁粗化

当在一个循环中,咱们屡次应用对同一个代码进行加锁,这个时候,JVM 会主动实现锁粗化,即在循环外进行增加同步代码块。

代码案例:

锁粗化之前:

for (int i = 0; i < 10; i++) {synchronized (LockBigDemo.class){System.out.println();
            }
        }

锁粗化之后:

synchronized (LockBigDemo.class){for (int i = 0; i < 10; i++) {System.out.println();
            }
        }

本次对于 synchronized 的底层原理没有以代码的形式开展,之后笔者会出一篇 synchronized 底层原理分析的文章

2. Lock 锁

一个类级别的锁,须要手动开释锁。能够选择性的抉择设置为偏心锁或者不偏心锁。期待线程能够被打断。

底层是基于 AQS+AOSAQS 类实现具体的加锁逻辑,AOS保留获取锁的线程信息

2.1 ReentrantLock

咱们以 ReentrantLock 为例解析一下其加锁的过程。

2.1.1 lock 办法

首先通过 ReentrantLock 的构造方法的布尔值判断创立的锁是偏心锁还是非偏心锁。

假如当初创立的是非偏心锁,他首先会判断锁有没有被获取,如果没有被获取,则间接获取锁;

如果锁曾经被获取,执行一次自旋,尝试获取锁。

如果锁曾经被获取,则将以后线程封装为 AQS 队列的一个节点,而后判断以后节点的前驱节点是不是 HEAD 节点,如果是,尝试获取锁;如果不是。则寻找一个平安点(线程状态位 SIGNAL=-1 的节点)。

开始一直自旋。判断前节点是不是 HEAD 节点,如果是获取锁,如果不是挂起。

源码解读:

  • 非偏心锁lock
final void lock() {
    // 判断是否存在锁
            if (compareAndSetState(0, 1))
                // 获取锁
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }
public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();}
// 非偏心锁的自旋逻辑
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {return nonfairTryAcquire(acquires);
        }

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {final Thread current = Thread.currentThread();
        // 获取锁状态
            int c = getState();
        // 如果锁没被获取,获取锁
            if (c == 0) {if (compareAndSetState(0, acquires)) {setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
    // 以后线程曾经获取到了锁
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                // 线程进入次数减少
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }
// 将线程封装为一个线程节点,传入锁模式,排他或者共享
private Node addWaiter(Node mode) {Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
        // 获取尾节点
        Node pred = tail;
    // 如果尾节点不为 Null,间接将这个线程节点增加到队尾
        if (pred != null) {
            node.prev = pred;
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                pred.next = node;
                return node;
            }
        }
    // 为空,自旋设置尾节点
        enq(node);
        return node;
    }

private Node enq(final Node node) {for (;;) {
            Node t = tail;
            // 初始化
            if (t == null) { // Must initialize
                if (compareAndSetHead(new Node()))
                    tail = head;
            } else {
                node.prev = t;
                // 将头结点和尾结点都设置为以后节点
                if (compareAndSetTail(t, node)) {
                    t.next = node;
                    return t;
                }
            }
        }
    }
// 尝试入队
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true;
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                // 获取节点的前驱节点,如果前驱节点为 head 节点,则尝试获取锁
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return interrupted;
                }
                // 如果不是,寻找平安位
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } finally {if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
        int ws = pred.waitStatus;
    // 前驱节点曾经平安
        if (ws == Node.SIGNAL)
            return true;
    // 前驱节点不平安,寻找一个线程状态为 `Signal` 的节点作为前驱节点
        if (ws > 0) {
            do {node.prev = pred = pred.prev;} while (pred.waitStatus > 0);
            pred.next = node;
        } else {
            // 否则间接设置这个前驱节点的线程期待状态值
            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
        }
        return false;
    }

// 中断线程
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {LockSupport.park(this);
        return Thread.interrupted();}

2.1.2 unlock 办法

代码解读:

public void unlock() {sync.release(1);
    }
public final boolean release(int arg) {
    // 尝试开释锁
        if (tryRelease(arg)) {
            // 获取队列头元素,唤醒该线程节点,执行工作
            Node h = head;
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                unparkSuccessor(h);
            return true;
        }
        return false;
    }
protected final boolean tryRelease(int releases) {int c = getState() - releases;
    // 判断是否为以后线程领有锁
            if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            boolean free = false;
    // 开释胜利
            if (c == 0) {
                free = true;
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            setState(c);
            return free;
        }
private void unparkSuccessor(Node node) {
    
        int ws = node.waitStatus;
        if (ws < 0)
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
      
        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;
        }
    // 唤醒下一个节点
        if (s != null)
            LockSupport.unpark(s.thread);
    }
2.1.3 Node 节点
/** 共享锁,读锁应用 */
        static final Node SHARED = new Node();
        /** 独占锁 */
        static final Node EXCLUSIVE = null;

        /** 不平安线程 */
        static final int CANCELLED =  1;
        /** 须要进行线程唤醒的线程 */
        static final int SIGNAL    = -1;
        /**condition 期待中 */
        static final int CONDITION = -2;

        // 线程期待状态
        volatile int waitStatus;

        volatile Node prev;

        volatile Node next;

        volatile Thread thread;
        Node nextWaiter;

3. Lock 锁和 Synchronized 的区别

  • Lock锁是 API 层面,synchronizedCPU 源语级别的
  • Lock锁期待线程能够被中断,synchronized期待线程不能够被中断
  • Lock锁能够指定偏心锁和非偏心锁,synchronized只能为非偏心锁
  • Lock锁须要被动开释锁,synchronized执行完代码块当前主动开释锁

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正文完
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