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万字长文!从底层开始带你了解并发编程,彻底帮你搞懂java锁!

1 month ago

线程是否要锁住同步资源

  • 锁住 悲观锁
  • 不锁住 乐观锁

锁住同步资源失败 线程是否要阻塞

  • 阻塞
  • 不阻塞自旋锁,适应性自旋锁

多个线程竞争同步资源的流程细节有没有区别

  • 不锁住资源,多个线程只有一个能修改资源成功,其它线程会重试无锁
  • 同一个线程执行同步资源时自动获取资源偏向锁
  • 多个线程竞争同步资源时,没有获取资源的线程自旋等待锁释放 轻量级锁
  • 多个线程竞争同步资源时,没有获取资源的线程阻塞等待唤醒 重量级锁

4.多个线程竞争锁时是否要排队

  • 排队公平锁
  • 先尝试插队,插队失败在排队非公平锁

一个线程的多个流程能不能获取同一把锁

  • 能 可重入锁
  • 不能非可重入锁

多个线程能不能共享一把锁

  • 能 共享
  • 不能排他锁

悲观锁与乐观锁

悲观锁与乐观锁时一种广义的概念,体现的是看待线程同步的不同角度。

悲观锁

悲观锁认为自己在使用数据的时候一定有别的线程来修改数据,在获取数据的时候会先加锁,确保数据不会被别的线程修改。 锁实现:synchronized 接口Lock的实现类 适用场景:写操作多,先加锁可以保证写操作时数据正确。

乐观锁

乐观锁认为自己在使用数据时不会有别的线程修改数据,所以不会添加锁,只是在更新数据的时候去判断之前有没有别的线程更新了这个数据。 锁实现:CAS算法,例如AtomicInteger类的原子自增时通过CAS自旋实现。 适用场景:读操作较多,不加锁的特点能够使其读操作的性能大幅度提升。 乐观锁的执行流程: 线程A获取到数据以后直接操作,操作完数据以后准备更新同步资源,更新之前会先判断内存中同步资源是否被更新: 1.如果没有被更新,更新内存中同步资源的值。 2.如果同步资源被其他线程更新,根据实现方法执行不同的操做(报错or重试)。

CAS算法

全名:Compare And Swap(比较并交换) 无锁算法:基于硬件原语实现,在不使用锁(没有线程被阻塞)的情况下实现多线程之间的变量同步。 jdk中的实现:java.util.concurrent包中的原子类就是通过CAS来实现了乐观锁。 算法涉及到的三个操作数:

需要读写的内存值V
进行比较的值A
要写入的新值的B

复制代码

CAS存在的问题

1.ABA问题 线程1准备用CAS将变量的值由A替换为B,在此之前,线程2将变量的值由A替换为C,又由C替换为A,然后线程1执行CAS时发现变量的值仍然为A,所以CAS成功。但实际上这时的现场已经和最初不同了,尽管CAS成功,但可能存在潜藏的问题。 举例:一个小偷,把别人家的钱偷了之后又还了回来,还是原来的钱吗,你老婆出轨之后又回来,还是原来的老婆吗?ABA问题也一样,如果不好好解决就会带来大量的问题。最常见的就是资金问题,也就是别人如果挪用了你的钱,在你发现之前又还了回来。但是别人却已经触犯了法律。 但是jdk已经解决了这个问题。 想追下源码来着,但是一追发现直接到c了。

2.循环时间长开销大 3.只能保证一个共享变量的原子操作

Unsafe

AtomicInteger

public final int incrementAndGet() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;
        }
    }

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }

复制代码

从这里可见原子类的方法调用了unsafe类的方法 unsafe

public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

复制代码

再往底层的话,实际加上就到了C。 最终的实现就是 cmpxchg = cas修改变量值

lock cmpxchg 指令

复制代码

硬件: lock指令在执行后面指令的时候锁定一个北桥信号(不采用锁总线的方式)

自旋锁

是指当一个线程在获取锁的时候,如果锁已经被其他线程获取,那么该线程将循环等待,然后不断的判断锁是否能够被成功获取,自旋直到获取到锁才会退出循环。

自旋存在的意义与使用场景

阻塞与唤醒线程需要操作系统切换CPU状态,需要消耗一定时间。 同步代码块逻辑简单,执行时间很短。 自适应自旋锁假定不同线程持有同一个锁对象的时间基本相当,竞争程度趋于稳定,因此,可以根据上一次自旋的时间与结果调整下一次自旋的时间。 JDK>=1.7自旋锁的参数被取消,虚拟机不再支持由用户配置自旋锁,自旋锁总是会执行,自旋锁次数也是由虚拟机自动调整。

锁升级

锁升级流程

jdk6的时候对锁进行了很多优化,其中就有了锁的升级过程。

1.偏向锁:只有一个线程进入临界区,适用于只有一个线程访问同步块的场景
2.轻量级锁:多线程为竞争或者竞争不激烈,适用于追求响应时间,同步块执行速度非常快。
3.重量级锁:多线程竞争,适用于追求吞吐量,同步块执行速度较长。

复制代码

JVM对象加锁的原理

对象的内存结构? 对象头:比如hash码,对象所属的年代,对象锁,锁状态标志,偏向锁(线程)ID,偏向时间,数组长度(数组对象)等。 实例数据:创建对象时,对象中的成员变量,方法等。 对齐填充:就为了凑够8的倍数。

利用一个插件,对比对象上锁前后的差异:

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
            <artifactId>jol-core</artifactId>
            <version>0.9</version>
        </dependency>
    </dependencies>

复制代码
    public static void main(String[] args) {
        Object o = new Object();
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        System.out.println("===============================================");
        synchronized (o){
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        }
    }

复制代码

实例对象是怎样存储的?

对象实例存储在堆空间,对象的元数据存在元空间,对象引用存在栈空间。

锁消除

/**
 * @author yhd
 * @createtime 2020/9/8 20:40
 */
public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuffer buffer = new StringBuffer();
        buffer.append("a").append("b");
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(buffer).toPrintable());
    }
}

复制代码

我们都知道StringBuffer是线程安全的,因为他的关键方法都加了synchronized,但是,从打印结果可以看出,锁被消除了。因为buffer这个引用只会在main方法中使用,不可能被其他线程引用(因为是局部变量,栈私有),所以buffer是不可能共享的资源,JVM会自动消除StringBuffer对象内部的锁。

锁粗化

/**
 * @author yhd
 * @createtime 2020/9/8 20:48
 */
public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        int i=0;
        StringBuffer buffer = new StringBuffer();
        while (i<100){
            buffer.append(i);
            i++;
        }
        System.out.println(buffer.toString());
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(buffer).toPrintable());
    }
}

复制代码

JVM会检测到这样一连串的操作都对同一个对象加锁(while 循环内 100 次执行 append,没有锁粗化的就要进行 100 次加锁/解锁),此时 JVM 就会将加锁的范围粗化到这一连串的操作的外部(比如 while 虚幻体外),使得这一连串操作只需要加一次锁即可。

AQS

研究了AQS一天,终于找到了他的入口,接下来看我的想法:

多线程操做共享数据问题

/**
 * @author yhd
 * @createtime 2020/9/8 8:11
 */
public class Demo1 {
    public static int m=0;

    public static void main(String[] args)throws Exception {
        Thread []threads=new Thread[100];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i]=new Thread(()->{
                for (int j = 0; j < 100; j++) {
                    m++;
                }
            });
        }
        for (Thread t :threads) t.start();
        for (Thread t :threads) t.join();//线程顺序结束
        System.out.println(m);
    }
}

复制代码

毫无疑问,这段代码是存在线程安全问题的,只要了解一点并发编程,都是可以看出来的。那么我们可以怎么来解决呢?

使用synchronized来解决

/**
 * @author yhd
 * @createtime 2020/9/8 8:32
 */
public class Demo2 {

    public static int m=0;

    public static void main(String[] args)throws Exception {
        Thread []threads=new Thread[100];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i]=new Thread(()->{
                synchronized (Demo2.class) {
                    for (int j = 0; j < 100; j++) {
                        m++;
                    }
                }
            });
        }
        for (Thread t :threads) t.start();
        for (Thread t :threads) t.join();//线程顺序结束
        System.out.println(m);
    }

复制代码

这样解决了线程安全的问题,但是同时也存在一个问题,synchronized是操作系统层面的方法,也就是需要jvm和操做系统之间进行一个切换(用户态和内核态的切换),这样实际上是影响效率的。另一种解决办法:

使用ReentrantLock来解决

/**
 * @author yhd
 * @createtime 2020/9/8 8:41
 */
public class Demo3 {

    public static int m=0;
    public static Lock lock=new ReentrantLock();
    public static void main(String[] args)throws Exception {
        Thread []threads=new Thread[100];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i]=new Thread(()->{

                try {
                    lock.lock();
                    for (int j = 0; j < 100; j++) {
                            m++;
                    }
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            });
        }
        for (Thread t :threads) t.start();
        for (Thread t :threads) t.join();//线程顺序结束
        System.out.println(m);
    }
}

复制代码

那么这种方式的底层是怎么做的呢?接下来追源码。

    public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }

复制代码

这个sync又是啥呢?接着追

    static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

        /**
         * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
         * acquire on failure.
         */
        final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }

        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            return nonfairTryAcquire(acquires);
        }
    }

复制代码

它实际上是ReentrantLock的一个内部类继承了Sync,而他里面的方法实际上也是调用了Sync的方法。这样目标就明确了,我们可以看一下Sync。 这个Sync的源码:

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer

复制代码

由此可知,实际上ReentrantLock是利用AbstractQueuedSynchronizer也就是AQS来实现的。

AbstractQueuedSynchronizer概述

这个类的内部有一个内部类Node

static final class Node {
    static final Node SHARED = new Node();
    volatile Node prev;//前驱指针
    volatile Node next;//后继指针
    volatile Thread thread;//当前线程
    private transient volatile Node head;//头节点
    private transient volatile Node tail;//尾节点
    private volatile int state;//锁状态,加锁成功则为1,重入+1 解锁则为0
    .....
}

复制代码

看到这里就想到了LinkedHashMap,实际上也就是类似于维持了一个双向的链表,每个节点都是一个线程。

它维护了一个volatile int state(代表共享资源)和一个FIFO线程等待队列(多线程争用资源被阻塞时会进入此队列)。这里volatile是核心关键词,具体volatile的语义,在此不述。state的访问方式有三种:

    getState()
    setState()
    compareAndSetState()

复制代码

AQS定义两种资源共享方式:Exclusive(独占,只有一个线程能执行,如ReentrantLock)和Share(共享,多个线程可同时执行,如Semaphore/CountDownLatch)。   不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可,至于具体线程等待队列的维护(如获取资源失败入队/唤醒出队等),AQS已经在顶层实现好了。自定义同步器实现时主要实现以下几种方法:

`isHeldExclusively()`:该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
`tryAcquire(int)`:独占方式。尝试获取资源,成功则返回true,失败则返回false。
`tryRelease(int)`:独占方式。尝试释放资源,成功则返回true,失败则返回false。
`tryAcquireShared(int)`:共享方式。尝试获取资源。负数表示失败;0表示成功,但没有剩余可用资源;正数表示成功,且有剩余资源。
`tryReleaseShared(int)`:共享方式。尝试释放资源,如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true,否则返回false。

复制代码

ReentrantLock为例,state初始化为0,表示未锁定状态。A线程lock()时,会调用tryAcquire()独占该锁并将state+1。此后,其他线程再tryAcquire()时就会失败,直到A线程unlock()到state=0(即释放锁)为止,其它线程才有机会获取该锁。当然,释放锁之前,A线程自己是可以重复获取此锁的(state会累加),这就是可重入的概念。但要注意,获取多少次就要释放多么次,这样才能保证state是能回到零态的。

再以CountDownLatch以例,任务分为N个子线程去执行,state也初始化为N(注意N要与线程个数一致)。这N个子线程是并行执行的,每个子线程执行完后countDown()一次,state会CAS减1。等到所有子线程都执行完后(即state=0),会unpark()主调用线程,然后主调用线程就会从await()函数返回,继续后余动作。

一般来说,自定义同步器要么是独占方法,要么是共享方式,他们也只需实现tryAcquire-tryReleasetryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。但AQS也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式,如ReentrantReadWriteLock

源码解读与执行流程分析

独占锁

acquire(int)== 此方法是独占模式下线程获取共享资源的顶层入口。如果获取到资源,线程直接返回,否则进入等待队列,直到获取到资源为止,且整个过程忽略中断的影响。这也正是lock()的语义,当然不仅仅只限于lock()。获取到资源后,线程就可以去执行其临界区代码了。

    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }

复制代码

函数流程如下:

tryAcquire()尝试直接去获取资源,如果成功则直接返回; addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部,并标记为独占模式; acquireQueued()使线程在等待队列中获取资源,一直获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过,则返回true,否则返回false。如果线程在等待过程中被中断过,它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt(),将中断补上。 tryAcquire(int) 此方法尝试去获取独占资源。如果获取成功,则直接返回true,否则直接返回false。这也正是tryLock()的语义,还是那句话,当然不仅仅只限于tryLock()。

    protected boolean tryAcquire(int arg) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

复制代码

一开始还傻乎乎的想为啥直接抛异常了,后来才反应过来,这不是给自定义的方法么?AQS这里只定义了一个接口,具体资源的获取交由自定义同步器去实现了。 addWaiter(Node) 此方法用于将当前线程加入到等待队列的队尾,并返回当前线程所在的结点。

    private Node addWaiter(Node mode) {
     //以给定模式构造结点。mode有两种:EXCLUSIVE(独占)和SHARED(共享)
        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) {
            node.prev = pred;
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                pred.next = node;
                return node;
            }
        }
        enq(node);
        return node;
    }

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Node结点是对每一个访问同步代码的线程的封装,其包含了需要同步的线程本身以及线程的状态,如是否被阻塞,是否等待唤醒,是否已经被取消等。变量waitStatus则表示当前被封装成Node结点的等待状态,共有4种取值CANCELLED、SIGNAL、CONDITION、PROPAGATE。

CANCELLED:值为1,在同步队列中等待的线程等待超时或被中断,需要从同步队列中取消该Node的结点,其结点的waitStatus为CANCELLED,即结束状态,进入该状态后的结点将不会再变化。

SIGNAL:值为-1,被标识为该等待唤醒状态的后继结点,当其前继结点的线程释放了同步锁或被取消,将会通知该后继结点的线程执行。说白了,就是处于唤醒状态,只要前继结点释放锁,就会通知标识为SIGNAL状态的后继结点的线程执行。

CONDITION:值为-2,与Condition相关,该标识的结点处于等待队列中,结点的线程等待在Condition上,当其他线程调用了Condition的signal()方法后,CONDITION状态的结点将从等待队列转移到同步队列中,等待获取同步锁。

PROPAGATE:值为-3,与共享模式相关,在共享模式中,该状态标识结点的线程处于可运行状态。

0状态:值为0,代表初始化状态。

AQS在判断状态时,通过用waitStatus>0表示取消状态,而waitStatus<0表示有效状态。

== enq(Node)== 此方法用于将node加入队尾。

    private Node enq(final Node node) {
        for (;;) {//自旋
            Node t = tail;
            if (t == null) { // Must initialize
            // 队列为空,创建一个空的标志结点作为head结点,并将tail也指向它
                if (compareAndSetHead(new Node()))
                    tail = head;
            } else {//正常放入队列尾部
                node.prev = t;
                if (compareAndSetTail(t, node)) {
                    t.next = node;
                    return t;
                }
            }
        }
    }

复制代码

cas自旋volatile变量 acquireQueued(Node, int) 通过tryAcquire()和addWaiter(),该线程获取资源失败,已经被放入等待队列尾部了。聪明的你立刻应该能想到该线程下一步该干什么了吧:进入等待状态休息,直到其他线程彻底释放资源后唤醒自己,自己再拿到资源,然后就可以去干自己想干的事了。没错,就是这样!是不是跟医院排队拿号有点相似~~acquireQueued()就是干这件事:在等待队列中排队拿号(中间没其它事干可以休息),直到拿到号后再返回。这个函数非常关键,还是上源码吧:

    final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true;//标记是否已经拿到锁
        try {
            boolean interrupted = false;//标记等待过程中是否被中断过
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();//拿到前驱节点
                //如果前驱是head,即该结点已成老二,那么便有资格去尝试获取资源(可能是老大释放完资源唤醒自己的,当然也可能被interrupt了)。
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    setHead(node);
                    //拿到资源后,将head指向该结点。所以head所指的标杆结点,就是当前获取到资源的那个结点或null。
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return interrupted;
                }
                //如果自己可以休息了,就进入waiting状态,直到被unpark()
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;//如果等待过程中被中断过,哪怕只有那么一次,就将interrupted标记为true
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

复制代码

shouldParkAfterFailedAcquire(Node, Node) 此方法主要用于检查状态,看看自己是否真的可以去休息了。

    private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
        int ws = pred.waitStatus;//拿到前驱的状态
        if (ws == Node.SIGNAL)
            //如果已经告诉前驱拿完号后通知自己一下,那就可以安心休息了
            return true;
        if (ws > 0) {
           /*
           * 如果前驱放弃了,那就一直往前找,直到找到最近一个正常等待的状态,并排在它的后边。
           * 注意:那些放弃的结点,由于被自己“加塞”到它们前边,它们相当于形成一个无引用链,稍后就会被保安大叔赶走了(GC回收)!
          */
            do {
                node.prev = pred = pred.prev;
            } while (pred.waitStatus > 0);
            pred.next = node;
        } else {
            //如果前驱正常,那就把前驱的状态设置成SIGNAL,告诉它拿完号后通知自己一下。有可能失败,人家说不定刚刚释放完呢!
            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
        }
        return false;
    }

复制代码

整个流程中,如果前驱结点的状态不是SIGNAL,那么自己就不能安心去休息,需要去找个安心的休息点,同时可以再尝试下看有没有机会轮到自己拿号。 parkAndCheckInterrupt() 如果线程找好安全休息点后,那就可以安心去休息了。此方法就是让线程去休息,真正进入等待状态。

    private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        LockSupport.park(this);
        return Thread.interrupted();
    }
``

Thread.interrupted()会清除当前线程的中断标记位。 
==整个获取锁的流程:==
1.如果尝试获取锁成功,直接返回。
2.没成功,先加入到等待队列尾部,标记为独占模式。
3.尝试这获取一次锁后,如果还是获取不到就去休息,有机会时(轮到自己,会被unpark())会去尝试获取资源。获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过,则返回true,否则返回false。
4.如果线程在等待过程中被中断过,它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt(),将中断补上。
**这也就是ReentrantLock.lock()的流程**
![](https://img-blog.csdnimg.cn/20200909091109420.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTU5NjAyMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
==release(int)==
此方法是独占模式下线程释放共享资源的顶层入口。它会释放指定量的资源,如果彻底释放了(即state=0),它会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源。

```java
    public final boolean release(int arg) {
        if (tryRelease(arg)) {
            Node h = head;
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                unparkSuccessor(h);
                //唤醒等待队列里的下一个线程
            return true;
        }
        return false;
    }

复制代码

它是根据tryRelease()的返回值来判断该线程是否已经完成释放掉资源了!所以自定义同步器在设计tryRelease()的时候要明确这一点!! tryRelease(int) 此方法尝试去释放指定量的资源。

    protected boolean tryRelease(int arg) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

复制代码

还是需要AQS的实现类自己去写。 unparkSuccessor(Node) 此方法用于唤醒等待队列中下一个线程。

    private void unparkSuccessor(Node node) {
        //这里,node一般为当前线程所在的结点。
        int ws = node.waitStatus;
        if (ws < 0)
            //置零当前线程所在的结点状态,允许失败。
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

        //找到下一个需要唤醒的结点s
        Node s = node.next;
        if (s == null || s.waitStatus > 0) {//如果为空或已取消
            s = null;
            for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
                if (t.waitStatus <= 0)//从这里可以看出,<=0的结点,都是还有效的结点。
                    s = t;
        }
        if (s != null)
            LockSupport.unpark(s.thread);//唤醒
    }

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用unpark()唤醒等待队列中最前边的那个未放弃线程。 释放锁的流程 1.释放指定锁的资源并返回结果。 2.如果成功释放,就唤醒等待队列中最前边的那个未放弃线程。 3.如果没成功,返回false。

共享锁

    public final void acquireShared(int arg) {
        if (tryAcquireShared(arg) < 0)
            doAcquireShared(arg);
    }

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此方法用于将当前线程加入等待队列尾部休息,直到其他线程释放资源唤醒自己,自己成功拿到相应量的资源后才返回。

    private void doAcquireShared(int arg) {
        final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
        boolean failed = true;
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head) {
                    int r = tryAcquireShared(arg);
                    if (r >= 0) {//成功
                        setHeadAndPropagate(node, r);//将head指向自己,还有剩余资源可以再唤醒之后的线程
                        p.next = null; // help GC
                        if (interrupted)
                            selfInterrupt();
                        failed = false;
                        return;
                    }
                }
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

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跟独占模式比,这里只有线程是head.next时(“老二”),才会去尝试获取资源,有剩余的话还会唤醒之后的队友。那么问题就来了,假如老大用完后释放了5个资源,而老二需要6个,老三需要1个,老四需要2个。老大先唤醒老二,老二一看资源不够,他是把资源让给老三呢,还是不让?答案是否定的!老二会继续park()等待其他线程释放资源,也更不会去唤醒老三和老四了。独占模式,同一时刻只有一个线程去执行,这样做未尝不可;但共享模式下,多个线程是可以同时执行的,现在因为老二的资源需求量大,而把后面量小的老三和老四也都卡住了。当然,这并不是问题,只是AQS保证严格按照入队顺序唤醒罢了(保证公平,但降低了并发)。 == setHeadAndPropagate(Node, int)==

    private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
        Node h = head; // Record old head for check below
        setHead(node);
        if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
            (h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
            Node s = node.next;
            if (s == null || s.isShared())
                doReleaseShared();
        }
    }

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== doReleaseShared()==

    private void doReleaseShared() {
        for (;;) {
            Node h = head;
            if (h != null && h != tail) {
                int ws = h.waitStatus;
                if (ws == Node.SIGNAL) {
                    if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
                        continue;            // loop to recheck cases
                    unparkSuccessor(h);
                }
                else if (ws == 0 &&
                         !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
                    continue;                // loop on failed CAS
            }
            if (h == head)                   // loop if head changed
                break;
        }
    }

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自定义锁

不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可,至于具体线程等待队列的维护(如获取资源失败入队/唤醒出队等),AQS已经在顶层实现好了。自定义同步器实现时主要实现以下几种方法:

    isHeldExclusively():该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
    tryAcquire(int):独占方式。尝试获取资源,成功则返回true,失败则返回false。
    tryRelease(int):独占方式。尝试释放资源,成功则返回true,失败则返回false。
    tryAcquireShared(int):共享方式。尝试获取资源。负数表示失败;0表示成功,但没有剩余可用资源;正数表示成功,且有剩余资源。
    tryReleaseShared(int):共享方式。尝试释放资源,如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true,否则返回false。

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自定义一个简单的锁

/**
 * @author yhd
 * @createtime 2020/9/8 9:44
 */
public class MLock implements Lock {
    private AbstractQueuedSynchronizer sync=new Sync();
    @Override
    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {

    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        return false;
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return false;
    }

    @Override
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        return null;
    }

    //自定义一个独占锁
    private class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int arg) {
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }

        @Override
        protected boolean tryRelease(int arg) {
            assert arg == 1;
            if (!isHeldExclusively())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }

        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
        }
    }

}

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Demo测试:

/**
 * @author yhd
 * @createtime 2020/9/8 9:36
 */
public class Demo6 {
    public static int m = 0;
    public static Lock lock = new MLock();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread[] threads = new Thread[100];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i] = new Thread(() -> {

                try {
                    lock.lock();
                    for (int j = 0; j < 100; j++) {
                        m++;
                    }
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            });
        }
        for (Thread t : threads) t.start();
        for (Thread t : threads) t.join();//线程顺序结束
        System.out.println(m);
    }

}
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最后

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