Java高并发编程实战6，通过AQS源码分析lock()锁机制
目录
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- 一、JVM内存区域
- 二、JVM内存模型（Java Memory Model，简称JMM）
- 三、各个线程运行期间必须遵守的规定
- 四、wait与notify
- 五、tryLock
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- 1、代码实例
- 2、lock()和tryLock()有何不同？
- 六、AQS源码分析
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- 1、state
- 2、访问state的方法
- 3、加锁方式
- 4、独占方式的加锁与解锁
- 5、共享方式的加锁与解锁
- 6、CountDownLatch
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一、JVM内存区域
JVM在运行时，会将其管理的内存区域划分为方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器5个区域；
- 方法区和堆是所有下城共享的区域；
- 虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是各个线程私有的；
二、JVM内存模型（Java Memory Model，简称JMM）
JMM用于定义程序汇总变量的访问规则，即在JVM中如何将变量存储到内存，以及如何从内存中获取变量（此处变量指所有线程共享的变量）。
与JVM内存区域不同，JMM是从另一个角度对内存进行划分，分为主内存和工作内存。
JMM规定所有的变量都存储在主内存中，每个线程还拥有自己独立的工作内存。主内存中的变量会通过复制的方式留给线程的工作内存一个副本，供各个线程独立使用。 线程对变量的所有读写操作都是在工作内存中进行的，工作内存中的副本变量会通过JMM与主内存中的原变量保持同步。
三、各个线程运行期间必须遵守的规定
- 只能方案文自己工作内存中的变量；
- 无法直接访问其他线程工作内存中的变量；
- 可以通过主内粗间接访问其他线程工作内存中的变量；
四、wait与notify
多个线程在争夺同一个资源时，为了让这些线程协同工作、提高CPU利用率，可以让线程之间进行沟通，具体可以通过wait()和notify()实现。
- wait()：使当前线程处于等待状态，即阻塞，直到其它线程调用此对象的notify()方法；
- notify()：唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，如果有多个线程同时在监视器上等待，则随机唤醒一个；
- notifyAll()：唤醒在此对象监视器上等待的所有线程；
使用时需要注意几点：
- 三个方法都是Object()类中定义的native方法，而不是thread类提供的，这是因为Java提供的类是对象级的，而不是线程级的；
- 这三个方法都必须在synchronized修饰的方法或代码块中使用，否则会抛出异常；
- 使用wait()时，为了避免并发带来的问题，通常建议将wait()方法写在循环的内部。
五、tryLock
tryLock的意思是，当一个线程尝试加锁失败后，会再次请求，持续一段时间，如果一直失败则放弃加锁。
1、代码实例
package com.guor.demo.thread;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class TryLockTest extends Thread{
Lock lock = new ReentrantLock();
@Override
public void run() {
// 获取线程名称
String threadName = Thread.currentThread().getName();
boolean isLocked = false;
try {
// 在2秒内尝试加锁
isLocked = lock.tryLock(2, TimeUnit.SECONDS);
// 加锁成功
if(isLocked){
Thread.sleep(1000);
System.out.println(threadName+"加锁成功");
}else {
System.out.println(threadName+"加锁失败");
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(threadName+"tryLock 异常："+e);
}finally {
if(isLocked){
lock.unlock();
System.out.println(threadName+"解锁");
}
}
}
public static void main(String[] args) {
TryLockTest thread1 = new TryLockTest();
TryLockTest thread2 = new TryLockTest();
thread1.setName("线程1");
thread2.setName("线程2");
thread1.start();
thread2.start();
}
}
2、lock()和tryLock()有何不同？
- lock()：尝试获取锁，如果锁被占用则等待；
- tryLock()：尝试获取锁，如果锁被占用则返回false，则不再等待，如果锁未被占用，则立刻获取锁，并返回true；
- tryLock(long time, TimeUnit unit)：在tryLock()的基础上，如果锁被占用，则会在一段时间内不断地尝试获取锁，直至成功获取锁；
- lockInterruptibly()：一个线程加锁之后，其它线程因为无法获取锁而导致的等待状态可以被中断；
六、AQS源码分析
1、state
在AQS中维护着一个表示共享资源加锁情况的变量 volatile int state，以及一个FIFO的线程阻塞队列（称为CLH队列）。当多个线程并发访问共享资源时，如果共享资源已经被某个线程加了锁，那么其它线程在访问此共享资源时就会加入CLH队列。
state表示共享资源被线程加锁的次数。
当state的值为1时，就表示共享资源被某个线程加了一次锁；
当state的值为0时，表示共享资源没有被加锁，随时可以访问；
2、访问state的方法
- int getState()，获取state值；
- void setState(int newState)，设置state值；
- compareAndSetState(int expect,int update)，使用哪个CAS算法，设置state值；
3、加锁方式
- Exclusive：独占方式，同一时间内只能有一个线程访问资源，如ReentrantLock采用的是独占方式；
- Share：共享方式，同一时间内允许多个线程并发访问资源，如CountDownLatch采用的就是共享方式；
4、独占方式的加锁与解锁
- boolean tryAcquire(int arg)：尝试获取资源，如果成功，就给该资源加arg个锁，并独占该资源；
- boolean tryRelease(int arg)：尝试释放资源，如果成功，就释放该资源的arg个锁；
- boolean isHeldExclusively()：判断当前线程，是否正在独占共享资源；
例如ReentrantLock的state初始值为0，当某个线程调用lock()方法时，lock()就会在底层触发tryAcquire(1)，把该资源的state修改为1，表示该资源加了一把锁，之后就可以独占使用该资源，之后再调用lock()就会失败并进入阻塞状态（因为ReentrantLock是独占方式，同一时间只能被一个线程加锁），只有在该线程调用哪个unlock()的时候，会在底层触发tryRelease(1)将state的值变为0，也就是释放锁。
5、共享方式的加锁与解锁
（1）int tryAcquireShared(int arg)
- 尝试给太资源加arg个共享锁，并访问该资源；
- 返回负数：加锁失败，当前线程进入CLH等待；
- 返回0：当前线程加锁成功，但后续其它线程无法再加共享锁；
- 返回整数：当前线程加锁成功，并且后续线程也可以再加共享锁；
（2）tryReleaseShared(int arg)
尝试释放该资源的arg个锁。
6、CountDownLatch
CountDownLatch的构造方法CountDownLatch(int count)可以将state的初始值设置为count，并交给count个线程去并发执行，于此同时，主线程进入阻塞状态。当每个子线程执行完毕后，都会调用一次countDown()，countDown()会在底层调用tryReleaseShared(1)，即把state减1。
因此，当所有子线程全部执行完毕后，state的值就会变为0，此时唤醒主线程，从而实现了闭锁功能。
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