02_可重入锁(递归锁)+LockSupport+AQS源码分析
文章目录
- ①. 可重入锁
- ②. 为什么要使用LockSupport
- ③. JUC强大的三个工具类
-
- ①. CountDownLatch(闭锁)
- ②. CyclicBarrier
- ③.Semaphore(信号量)
- ④. LockSupport详解
- ⑤. AbstractQueuedSynchronizer之AQS
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- ①. AQS是什么？
- ②. AQS内部体系架构
- ③. ReentrantLock开始解读AQS
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- ①. 代码展示：
- ②. 从最简单的lock方法开始看看公平和非公平
- ③. lock()
- ④. tryAcquire(arg)
- ⑤. addWaiter(Node.EXCLUSIVE)
- ⑥. acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)
- ⑦. unlock( )获取permit
①. 可重入锁
1>. 可重入锁(递归锁)
-
①. 指的是同一线程外层函数获得锁后,再进入该线程的内层方法会自动获取锁 (
前提,锁对象是同一个对象)
类似于家里面的大门,进入之后可以进入厕所、厨房等 -
②. Java中ReentranLock(显示锁)和synchronized(隐式锁)都是可重入锁,可重入锁的一个优点是可在一定程度避免死锁
-
③.
隐式锁:(即synchronized关键字使用的锁)默认是可重入锁(同步块、同步方法)
原理如下：掌握
- 每个锁对象拥有一个锁计数器和一个指向持有该锁的线程的指针
- 当执行monitorenter时,如果目标锁对象的计数器为零,那么说明它没有被其他线程持有,Java虚拟机会将该锁对象的持有线程设置为当前线程,并且将其计数器加1,否则需要等待,直至持有线程释放该锁
- 当执行monitorexit时,Java虚拟机则锁对象的计数器减1。计数器为零代表锁已经被释放
//1.同步块
public class SychronizedDemo {
Object object=new Object();
public void sychronizedMethod(){
new Thread(()->{
synchronized (object){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"外层....");
synchronized (object){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"中层....");
synchronized (object){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"内层....");
}
}
}
},"A").start();
}
public static void main(String[] args) {
new SychronizedDemo().sychronizedMethod();
/*
输出结果：
A 外层....
A 中层....
A 内层....
* */
}
}
//2.同步代码块
class Phone{
public synchronized void sendSms() throws Exception{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\tsendSms");
sendEmail();
}
public synchronized void sendEmail() throws Exception{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\tsendEmail");
}
}
/**
* Description:
* 可重入锁(也叫做递归锁)
* 指的是同一线程外层函数获得锁后,内层递归函数任然能获取该锁的代码
* 在同一线程外外层方法获取锁的时候,在进入内层方法会自动获取锁
* 也就是说,线程可以进入任何一个它已经标记的锁所同步的代码块
* **/
public class ReenterLockDemo {
/**
* t1 sendSms
* t1 sendEmail
* t2 sendSms
* t2 sendEmail
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
Phone phone = new Phone();
new Thread(()->{
try {
phone.sendSms();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
},"t1").start();
new Thread(()->{
try {
phone.sendSms();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
},"t2").start();
}
}
- ④.
显示锁:(即lock)也有ReentrantLock这样的可重入锁
(注意：有多少个lock,就有多少个unlock,他们是配对使用的；如果多一个或者少一个会使得其他线程处于等待状态)
class Phone2{
static ReentrantLock reentrantLock=new ReentrantLock();
public static void sendSms(){
reentrantLock.lock();
/*
//reentrantLock.lock();
注意有多少个lock,就有多少个unlock,他们是配对使用的
如果多了一个lock(),那么会出现线程B一直处于等待状态
* */
reentrantLock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"sendSms");
sendEmails();
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
reentrantLock.unlock();
}
}
private static void sendEmails() {
reentrantLock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"sendEmails...");
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
reentrantLock.unlock();
}
}
}
public class ReentrantLockDemo {
public static void main(String[] args) {
Phone2 phone2=new Phone2();
new Thread(()->{
phone2.sendSms();},"A").start();
new Thread(()->{
phone2.sendSms();},"B").start();
}
}
②. 为什么要使用LockSupport
2>.为什么要使用LockSupport(先来了解下传统的等待唤醒机制)
- ①. 3种让线程等待唤醒的方法
- 使用Object中的wait()方法让线程等待,使用Object中的notify方法唤醒线程
- 使用JUC包中Condition的await()方法让线程等待,使用signal()方法唤醒线程
- LockSupport类可以阻塞当前线程以及唤醒指定被阻塞的线程
- ②. Object类中wait( )和notify( )实现线程的等待唤醒
- wait和notify方法必须要在同步块或同步方法里且成对出现使用。 wait和notify方法两个都去掉同步代码块后看运行效果出现异常情况:
Exception in thread “A” Exception in thread “B”
java.lang.IllegalMonitorStateException - 先wait后notify才可以(如果先notify后wait会出现另一个线程一直处于等待状态)
- synchronized是关键字属于JVM层面。monitorenter(底层是通过monitor对象来完成,其实wait/notify等方法也依赖monitor对象只能在同步块或方法中才能调用wait/notify等方法)
public class SynchronizedDemo {
//等待线程
public void waitThread(){
// 1.如果将synchronized (this){}注释,会抛出异常,因为wait和notify一定要在同步块或同步方法中
synchronized (this){
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"coming....");
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"end....");
}
}
//唤醒线程
public void notifyThread(){
synchronized (this){
System.out.println("唤醒A线程....");
notify();
}
}
public static void main(String[] args) {
SynchronizedDemo synchronizedDemo = new SynchronizedDemo();
new Thread(()->{
// 2.如果把下行这句代码打开,先notify后wait,会出现A线程一直处于等待状态
// try { TimeUnit.SECONDS.sleep(3); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
synchronizedDemo.waitThread();
},"A").start();
new Thread(()->{
synchronizedDemo.notifyThread();
},"B").start();
}
}
- ③. Condition接口中的await和signal方法实现线程等待和唤醒
(出现的问题和object中wait和notify一样)
public class LockDemo {
static Object object=new Object();
public static void main(String[] args) {
Lock lock=new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
new Thread(()->{
//如果把下行这句代码打开,先signal后await,会出现A线程一直处于等待状态
//try { TimeUnit.SECONDS.sleep(3); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
lock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"coming....");
condition.await();
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
lock.unlock();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"END....");
},"A").start();
new Thread(()->{
lock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"唤醒A线程****");
condition.signal();
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
lock.unlock();
}
},"B").start();
}
}
③. JUC强大的三个工具类
3>. JUC强大的三个工具类 掌握
为什么这里要介绍下JUC强大的工具类？
CountDownLatch | CyclicBarrier | Semaphore 底层都是AQS来实现的
①. CountDownLatch(闭锁)
-
①. CountDownLatch主要有两个方法，当一个或多个线程调用await方法时，这些线程会阻塞
-
②. 其它线程调用countDown方法会将计数器减1(调用countDown方法的线程不会阻塞)
-
③. 计数器的值变为0时，因await方法阻塞的线程会被唤醒，继续执行
//需求:要求6个线程都执行完了,mian线程最后执行
public class CountDownLatchDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(6);
for (int i = 1; i <=6; i++) {
new Thread(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t");
countDownLatch.countDown();
},i+"").start();
}
countDownLatch.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t班长关门走人，main线程是班长");
}
}
- ④. 利用枚举减少if else的判断
public enum CountryEnum {
one(1,"齐"),two(2,"楚"),three(3,"燕"),
four(4,"赵"),five(5,"魏"),six(6,"韩");
private Integer retCode;
private String retMessage;
private CountryEnum(Integer retCode,String retMessage){
this.retCode=retCode;
this.retMessage=retMessage;
}
public static CountryEnum getCountryEnum(Integer index){
CountryEnum[] countryEnums = CountryEnum.values();
for (CountryEnum countryEnum : countryEnums) {
if(countryEnum.getRetCode()==index){
return countryEnum;
}
}
return null;
}
public Integer getRetCode() {
return retCode;
}
public String getRetMessage() {
return retMessage;
}
}
/*
楚 **国,被灭
魏 **国,被灭
赵 **国,被灭
燕 **国,被灭
齐 **国,被灭
韩 **国,被灭
main **秦国一统江湖
* */
public class CountDownLatchDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(6);
for (int i = 1; i <=6; i++) {
new Thread(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"**国,被灭");
countDownLatch.countDown();
},CountryEnum.getCountryEnum(i).getRetMessage()).start();
}
countDownLatch.await();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"**秦国一统江湖");
}
}
②. CyclicBarrier
2>. CyclicBarrier
-
①. CyclicBarrier的字面意思是可循环(Cyclic) 使用的屏障(barrier).它要做的事情是,让一组线程到达一个屏障(也可以叫做同步点)时被阻塞,知道最后一个线程到达屏障时,屏障才会开门,所有被屏障拦截的线程才会继续干活,线程进入屏障通过CyclicBarrier的await()方法
-
②. 代码验证：
//集齐7颗龙珠就能召唤神龙
public class CyclicBarrierDemo {
public static void main(String[] args) {
// public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {}
CyclicBarrier cyclicBarrier=new CyclicBarrier(7,()->{
System.out.println("召唤龙珠");
});
for (int i = 1; i <=7; i++) {
final int temp=i;
new Thread(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t收集到了第"+temp+"颗龙珠");
try {
cyclicBarrier.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
}
}
③.Semaphore(信号量)
3>. Semaphore(信号量)
-
①. acquire（获取） 当一个线程调用acquire操作时，它要么通过成功获取信号量（信号量减1），要么一直等下去，直到有线程释放信号量，或超时。
-
②. release（释放）实际上会将信号量的值加1，然后唤醒等待的线程。
-
③. 信号量主要用于两个目的，一个是用于多个共享资源的互斥使用，另一个用于并发线程数的控制。
-
④. 代码验证
public class SemaphoreDemo {
public static void main(String[] args) {
Semaphore semaphore=new Semaphore(3);
for (int i = 1; i <=6; i++) {
new Thread(()->{
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t抢占了车位");
semaphore.acquire();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t离开了车位");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
semaphore.release();
}
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
④. LockSupport详解
4>. LockSupport详解
- ①. 什么是LockSupport?
- 通过park()和unpark(thread)方法来实现阻塞和唤醒线程的操作
- LockSupport是一个线程阻塞工具类，所有的方法都是静态方法，可以让线程在任意位置阻塞，阻塞之后也有对应的唤醒方法。归根结底，LockSupport调用的Unsafe中的native代码。
- 官网解释：
LockSupport是用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语
LockSupport类使用了一种名为Permit(许可）的概念来做到阻塞和唤醒线程的功能，每个线程都有一个许可(permit),permit只有两个值1和零，默认是零
可以把许可看成是一种(0,1)信号量(Semaphore），但与Semaphore不同的是，许可的累加上限是1
- ②. 阻塞方法
- permit默认是0，所以一开始调用park()方法，当前线程就会阻塞，直到别的线程将当前线程的permit设置为1时, park方法会被唤醒，然后会将permit再次设置为0并返回。
- static void park( )：底层是unsafe类native方法
- static void park(Object blocker)
- ③.唤醒方法(注意这个permit最多只能为1)
- 调用unpark(thread)方法后，就会将thread线程的许可permit设置成1(注意多次调用unpark方法，不会累加，permit值还是1)会自动唤醒thread线程，即之前阻塞中的LockSupport.park()方法会立即返回
- static void unpark( )
- ④. LockSupport它的解决的痛点
- LockSupport不用持有锁块，不用加锁，程序性能好
- 先后顺序，不容易导致卡死(因为unpark获得了一个凭证，之后再调用park方法，就可以名正言顺的凭证消费，故不会阻塞)
- ⑤. 代码演示：
/*
(1).阻塞
(permit默认是O，所以一开始调用park()方法，当前线程就会阻塞，直到别的线程将当前线程的permit设置为1时,
park方法会被唤醒，然后会将permit再次设置为O并返回)
static void park()
static void park(Object blocker)
(2).唤醒
static void unpark(Thread thread)
(调用unpark(thread)方法后，就会将thread线程的许可permit设置成1(注意多次调用unpark方法，不会累加，
permit值还是1)会自动唤醒thread线程，即之前阻塞中的LockSupport.park()方法会立即返回)
static void unpark(Thread thread)
* */
public class LockSupportDemo {
public static void main(String[] args) {
Thread t1=new Thread(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"coming....");
LockSupport.park();
/*
如果这里有两个LockSupport.park(),因为permit的值为1,上一行已经使用了permit
所以下一行被注释的打开会导致程序处于一直等待的状态
* */
//LockSupport.park();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"被B唤醒了");
},"A");
t1.start();
//下面代码注释是为了A线程先执行
//try { TimeUnit.SECONDS.sleep(3); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
Thread t2=new Thread(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t"+"唤醒A线程");
//有两个LockSupport.unpark(t1),由于permit的值最大为1,所以只能给park一个通行证
LockSupport.unpark(t1);
//LockSupport.unpark(t1);
},"B");
t2.start();
}
}
- ⑥. 面试题目：
- 为什么可以先唤醒线程后阻塞线程?(因为unpark获得了一个凭证，之后再调用park方法，就可以名正言顺的凭证消费，故不会阻塞)
- 为什么唤醒两次后阻塞两次，但最终结果还会阻塞线程?(因为凭证的数量最多为1，连续调用两次unpark和调用一次unpark效果一样，只会增加一个凭证;而调用两次park却需要消费两个凭证，证不够，不能放行)
⑤. AbstractQueuedSynchronizer之AQS
①. AQS是什么？
- ①. 是用来构建锁或者其它同步器组件的重量级基础框架及整个JUC体系的基石，通过内置的CLH(FIFO)队列的变种来完成资源获取线程的排队工作,将每条将要去抢占资源的线程封装成一个Node节点来实现锁的分配，有一个int类变量表示持有锁的状态,通过CAS完成对status值的修改(0表示没有,1表示阻塞)
- ②. AQS为什么是JUC内容中最重要的基石
(ReentrantLock | CountDownLatch | ReentrantReadWriteLock | Semaphore )
-
③. 锁，面向锁的使用者(定义了程序员和锁交互的使用层API，隐藏了实现细节，你调用即可)
同步器，面向锁的实现者(比如Java并发大神Douglee，提出统一规 范并简化了锁的实现，屏蔽了同步状态管理、阻塞线程排队和通知、唤醒机制等。) -
④. 如果共享资源被占用，就需要一定的阻塞等待唤醒机制来保证锁分配。这个机制主要用的是CLH队列的变体实现的，将暂时获取不到锁的线程加入到队列中，这个队列就是AQS的抽象表现。它将请求共享资源的线程封装成队列的结点(Node) ，通过CAS、自旋以及LockSuport.park()的方式，维护state变量的状态，使并发达到同步的效果
②. AQS内部体系架构
- ①. AQS内部架构图：
-
②. 详解AQS内部代码有什么？
-
③. CLH队列（三个大牛的名字组成），为一个双向队列
-
④. 内部结构(Node此类的讲解)
-
⑤. 属性说明(Node此类的讲解)
- ⑥. AQS同步队列的基本结构
③. ReentrantLock开始解读AQS
写在最前面：
(1). 本次讲解我们走最常用的，lock/unlock作为案例突破口
(2). 我相信你应该看过源码了，那么AQS里面有个变量叫State，它的值有几种？3个状态：没占用是0，占用了是1，大于1是可重入锁
(3). 如果AB两个线程进来了以后，请问这个总共有多少个Node节点？答案是3个,其中队列的第一个是傀儡节点(哨兵节点)
业务图：
①. 代码展示：
public class AQSDemo {
public static void main(String[] args) {
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
//带入一个银行办理业务的案例来模拟我们的AQS如何进行线程的管理和通知唤醒机制
//3个线程模拟3个来银行网点，受理窗口办理业务的顾客
//A顾客就是第一个顾客，此时受理窗口没有任何人，A可以直接去办理
new Thread(() -> {
lock.lock();
try{
System.out.println("-----A thread come in");
try {
TimeUnit.MINUTES.sleep(20); }catch (Exception e) {
e.printStackTrace();}
}finally {
lock.unlock();
}
},"A").start();
//第二个顾客，第二个线程---》由于受理业务的窗口只有一个(只能一个线程持有锁)，此时B只能等待，
//进入候客区
new Thread(() -> {
lock.lock();
try{
System.out.println("-----B thread come in");
}finally {
lock.unlock();
}
},"B").start();
//第三个顾客，第三个线程---》由于受理业务的窗口只有一个(只能一个线程持有锁)，此时C只能等待，
//进入候客区
new Thread(() -> {
lock.lock();
try{
System.out.println("-----C thread come in");
}finally {
lock.unlock();
}
},"C").start();
}
}
②. 从最简单的lock方法开始看看公平和非公平
- ①. 通过ReentrantLock的源码来讲解公平锁和非公平锁
- ②. 可以明显看出公平锁与非公平锁的lock()方法唯一的区别就在于公平锁在获取同步状态时多了一个限制条件:hasQueuedPredecessors()
hasQueuedPredecessors是公平锁加锁时判断等待队列中是否存在有效节点的方法
③. lock()
- ①. lock.lock( ) 源码
- ②. acquire( )：源码和3大流程走向
④. tryAcquire(arg)
- ①.本次走非公平锁方向
- ②. nonfairTryAcquire(acquires)
return false(继续推进条件，走下一步方法addWaiter)
return true(结束)
⑤. addWaiter(Node.EXCLUSIVE)
假如3号ThreadC线程进来
(1). prev
(2).compareAndSetTail
(3).next
- ①. addWaiter(Node mode )
双向链表中，第一个节点为虚节点(也叫哨兵节点)，其实并不存储任何信息，只是占位。 真正的第一个有数据的节点，是从第二个节点开始的
- ②. enq(node);
- ③. B、C线程都排好队了效果图如下：
⑥. acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)
-
①. acquireQueued
(会调用如下方法：shouldParkAterFailedAcquire和parkAndCheckInterrupt | setHead(node) ) -
②. shouldParkAfterFailedAcquire
-
③. parkAndCheckInterrupt
-
④. 当我们执行下图中的③表示线程B或者C已经获取了permit了
- ⑤. setHead( )方法
代码执行完毕后,会出现如下图所示
⑦. unlock( )获取permit
-
①. release | tryRelease | unparkSuccessor(h);
-
②. tryRelease()
- ③. unparkSuccessor( )
