Java并发编程原理 - Unsafe && LockSupport类及AQS同步器的设计

[相关源码]

(https://github.com/Wasabi1234...

1 Unsafe类的park和unpark

public native void park(boolean var1, long var2);
public native void unpark(Object var1);

• park方法用来阻塞一个线程,第一个参数用来指示后面的参数是绝对时间还是相对时间,true表示绝对时间,false表示从此刻开始后的相对时间.调用park的线程就阻塞在此处.
• unpark用来释放某个线程的阻塞,线程用参数var1表示

举个例子:

2 LockSupport

直接使用Unsafe还是有诸多不便之处,因此lock包提供了一个辅助类LockSupport封装了park和unpark

举个例子:

可以看出，使用LockSupport要比直接只用Unsafe更加便捷。

此外，LockSupport还可以用来给线程设置一个Blocker对象，便于调试和检测线程，其原理是使用Unsafe的putObject方法直接设置Thread对象的parkBlocker属性，并在合适的时候读取这个Blocker对象，例子如下：

3 AQS同步器

各种锁ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock以及各种同步器诸Semaphore、CountDownLatch等，核心都是AbstractQueuedSynchronizer

• 要真正从源头理解AQS，建议仔细阅读该类的设计者的论文

（http://gee.cs.oswego.edu/dl/p...）

3.1 使用 AQS 手写排它锁

让我们先具体感知它是如何使用的。

这里有一个非常简单的例子SimpleLock，实现了一个最简单的排它锁。

• 当有线程获得锁时，其他线程只能等待
• 当这个线程释放锁时，其他线程可以竞争获取锁

运行结果表明，通过简单的几行代码，就实行了一个锁的所有功能。

根据JUC作者的建议，AQS的使用方法要遵循上面这个模式。

使用一个内部类Sync来继承AQS，并实现AQS的相关方法

一般是

• tryAcquire
• tryRelease（排它锁）

或者

• tryAcquireShared
• tryReleaseShared（共享锁）

在内部使用代理模式实现锁的功能

这样可以让暴露出的同步、互斥方法名由程序员自行决定。
例如各种锁可以使用

• lock
• unlock

Semaphore可以使用

• acquire
• release

CountDownLatch可以使用

• await
• countDown

2 AQS基本原理

要实现一个同步器,需要三个条件:

1. 一个同步状态值,且可原子操作该状态值.显然CAS胜任
2. 阻塞线程和解除阻塞线程的机制,可以用LockSupport来实现
3. 维护一个阻塞线程的队列,并在队列的每个节点中存储线程的状态等信息

让我们看看AQS又是如何设计满足的这三个条件。

2.1 状态值及相应的操作方法

private volatile int state;

protected final int getState() {
    return state;
}

protected final void setState(int newState) {
    state = newState;
}

protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
    // See below for intrinsics setup to support this
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

state 为 volatile int型,它的CAS方法，提供原子的比较更新操作。

一般，AQS认为

• state == 0 时，同步器处于释放状态，多线程此时可竞争获取同步器
• state ≠ 0 时，同步器处于已获取状态，后续线程需进入队列，等待同步器（可重入同步器允许获取同步器的线程再次进入该同步器，此时使用state计数）
• 当然，很多情况下，程序员也可自己定义state的值的含义，特别是在实现读写锁时，需要将state一分为二的用。

2.2 阻塞和解除阻塞

LockSupport 提供了阻塞和解除阻塞的功能。因此，所有同步器的阻塞操作其实都是基于LockSupport的，也就是基于Unsafe的park和unpark方法的。

2.3 线程等待队列

AQS内部提供了一个Node类型，它是用来形成“线程等待队列”的节点类型，以及一个由Node类型组成的队列。

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