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考慮一個(gè)場(chǎng)景,輪流打印0-100以內(nèi)的技術(shù)和偶數(shù)。通過使用 synchronize 的 wait,notify機(jī)制就可以實(shí)現(xiàn),核心思路如下:
使用兩個(gè)線程,一個(gè)打印奇數(shù),一個(gè)打印偶數(shù)。這兩個(gè)線程會(huì)共享一個(gè)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)每次自增,當(dāng)打印奇數(shù)的線程發(fā)現(xiàn)當(dāng)前要打印的數(shù)字不是奇數(shù)時(shí),執(zhí)行等待,否則打印奇數(shù),并將數(shù)字自增1,對(duì)于打印偶數(shù)的線程也是如此
//打印奇數(shù)的線程 private static class OldRunner implements Runnable{ private MyNumber n; public OldRunner(MyNumber n) { this.n = n; } public void run() { while (true){ n.waitToOld(); //等待數(shù)據(jù)變成奇數(shù) System.out.println("old:" + n.getVal()); n.increase(); if (n.getVal()>98){ break; } } } } //打印偶數(shù)的線程 private static class EvenRunner implements Runnable{ private MyNumber n; public EvenRunner(MyNumber n) { this.n = n; } public void run() { while (true){ n.waitToEven(); //等待數(shù)據(jù)變成偶數(shù) System.out.println("even:"+n.getVal()); n.increase(); if (n.getVal()>99){ break; } } } }
共享的數(shù)據(jù)如下
private static class MyNumber{ private int val; public MyNumber(int val) { this.val = val; } public int getVal() { return val; } public synchronized void increase(){ val++; notify(); //數(shù)據(jù)變了,喚醒另外的線程 } public synchronized void waitToOld(){ while ((val % 2)==0){ try { System.out.println("i am "+Thread.currentThread().getName()+" ,but now is even:"+val+",so wait"); wait(); //只要是偶數(shù),一直等待 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } public synchronized void waitToEven(){ while ((val % 2)!=0){ try { System.out.println("i am "+Thread.currentThread().getName()+" ,but now old:"+val+",so wait"); wait(); //只要是奇數(shù),一直等待 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }
運(yùn)行代碼如下
MyNumber n = new MyNumber(0); Thread old=new Thread(new OldRunner(n),"old-thread"); Thread even = new Thread(new EvenRunner(n),"even-thread"); old.start(); even.start();
運(yùn)行結(jié)果如下
i am old-thread ,but now is even:0,so wait
even:0
i am even-thread ,but now old:1,so wait
old:1
i am old-thread ,but now is even:2,so wait
even:2
i am even-thread ,but now old:3,so wait
old:3
i am old-thread ,but now is even:4,so wait
even:4
i am even-thread ,but now old:5,so wait
old:5
i am old-thread ,but now is even:6,so wait
even:6
i am even-thread ,but now old:7,so wait
old:7
i am old-thread ,but now is even:8,so wait
even:8
上述方法使用的是 synchronize的 wait notify機(jī)制,同樣可以使用顯示鎖來實(shí)現(xiàn),兩個(gè)打印的線程還是同一個(gè)線程,只是使用的是顯示鎖來控制等待事件
private static class MyNumber{ private Lock lock = new ReentrantLock(); private Condition condition = lock.newCondition(); private int val; public MyNumber(int val) { this.val = val; } public int getVal() { return val; } public void increase(){ lock.lock(); try { val++; condition.signalAll(); //通知線程 }finally { lock.unlock(); } } public void waitToOld(){ lock.lock(); try{ while ((val % 2)==0){ try { System.out.println("i am should print old ,but now is even:"+val+",so wait"); condition.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }finally { lock.unlock(); } } public void waitToEven(){ lock.lock(); //顯示的鎖定 try{ while ((val % 2)!=0){ try { System.out.println("i am should print even ,but now old:"+val+",so wait"); condition.await();//執(zhí)行等待 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }finally { lock.unlock(); //顯示的釋放 } } }
同樣可以得到上述的效果
顯示鎖的功能
顯示鎖在java中通過接口Lock提供如下功能
lock: 線程無法獲取鎖會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài),直到獲取成功
Condition的功能
接口Condition把Object的監(jiān)視器方法wait和notify分離出來,使得一個(gè)對(duì)象可以有多個(gè)等待的條件來執(zhí)行等待,配合Lock的newCondition來實(shí)現(xiàn)。
ReentrantLock
從源碼中可以看到,ReentrantLock的所有實(shí)現(xiàn)全都依賴于內(nèi)部類Sync和ConditionObject。
Sync本身是個(gè)抽象類,負(fù)責(zé)手動(dòng)lock和unlock,ConditionObject則實(shí)現(xiàn)在父類AbstractOwnableSynchronizer中,負(fù)責(zé)await與signal
Sync的繼承結(jié)構(gòu)如下
Sync的兩個(gè)實(shí)現(xiàn)類,公平鎖和非公平鎖
公平的鎖會(huì)把權(quán)限給等待時(shí)間最長(zhǎng)的線程來執(zhí)行,非公平則獲取執(zhí)行權(quán)限的線程與線程本身的等待時(shí)間無關(guān)
默認(rèn)初始化ReentrantLock使用的是非公平鎖,當(dāng)然可以通過指定參數(shù)來使用公平鎖
public ReentrantLock() { sync = new NonfairSync(); }
當(dāng)執(zhí)行獲取鎖時(shí),實(shí)際就是去執(zhí)行 Sync 的lock操作:
public void lock() { sync.lock(); }
對(duì)應(yīng)在不同的鎖機(jī)制中有不同的實(shí)現(xiàn)
1、公平鎖實(shí)現(xiàn)
final void lock() { acquire(1); }
2、非公平鎖實(shí)現(xiàn)
final void lock() { if (compareAndSetState(0, 1)) //先看當(dāng)前鎖是不是已經(jīng)被占有了,如果沒有,就直接將當(dāng)前線程設(shè)置為占有的線程 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); else acquire(1); //鎖已經(jīng)被占有的情況下,嘗試獲取 }
二者都調(diào)用父類AbstractQueuedSynchronizer的方法
public final void acquire(int arg) { if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) //一旦搶失敗,就會(huì)進(jìn)入隊(duì)列,進(jìn)入隊(duì)列后則是依據(jù)FIFO的原則來執(zhí)行喚醒 selfInterrupt(); }
當(dāng)執(zhí)行unlock時(shí),對(duì)應(yīng)方法在父類AbstractQueuedSynchronizer中
public final boolean release(int arg) { if (tryRelease(arg)) { Node h = head; if (h != null && h.waitStatus != 0) unparkSuccessor(h); return true; } return false; }
公平鎖和非公平鎖則分別對(duì)獲取鎖的方式tryAcquire
做了實(shí)現(xiàn),而tryRelease的實(shí)現(xiàn)機(jī)制則都是一樣的
公平鎖實(shí)現(xiàn)tryAcquire
源碼如下
protected final boolean tryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); //獲取當(dāng)前的同步狀態(tài) if (c == 0) { //等于0 表示沒有被其它線程獲取過鎖 if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) { //hasQueuedPredecessors 判斷在當(dāng)前線程的前面是不是還有其它的線程,如果有,也就是鎖sync上有一個(gè)等待的線程,那么它不能獲取鎖,這意味著,只有等待時(shí)間最長(zhǎng)的線程能夠獲取鎖,這就是是公平性的體現(xiàn) //compareAndSetState 看當(dāng)前在內(nèi)存中存儲(chǔ)的值是不是真的是0,如果是0就設(shè)置成accquires的取值。對(duì)于JAVA,這種需要直接操作內(nèi)存的操作是通過unsafe來完成,具體的實(shí)現(xiàn)機(jī)制則依賴于操作系統(tǒng)。 //存儲(chǔ)獲取當(dāng)前鎖的線程 setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { //判斷是不是當(dāng)前線程獲取的鎖 int nextc = c + acquires; if (nextc < 0)//一個(gè)線程能夠獲取同一個(gè)鎖的次數(shù)是有限制的,就是int的最大值 throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); //在當(dāng)前的基礎(chǔ)上再增加一次鎖被持有的次數(shù) return true; } //鎖被其它線程持有,獲取失敗 return false; }
非公平鎖實(shí)現(xiàn)tryAcquire
獲取的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)為nonfairTryAcquire
,源碼如下
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { //鎖沒有被持有 //可以看到這里會(huì)無視sync queue中是否有其它線程,只要執(zhí)行到了當(dāng)前線程,就會(huì)去獲取鎖 if (compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); //在判斷一次是不是鎖沒有被占有,沒有就去標(biāo)記當(dāng)前線程擁有這個(gè)鎖了 return true; } } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) // overflow throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc);//如果當(dāng)前線程已經(jīng)占有過,增加占有的次數(shù) return true; } return false; }
釋放鎖的機(jī)制
protected final boolean tryRelease(int releases) { int c = getState() - releases; if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) //只能是線程擁有這釋放 throw new IllegalMonitorStateException(); boolean free = false; if (c == 0) { //當(dāng)占有次數(shù)為0的時(shí)候,就認(rèn)為所有的鎖都釋放完畢了 free = true; setExclusiveOwnerThread(null); } setState(c); //更新鎖的狀態(tài) return free; }
從源碼的實(shí)現(xiàn)可以看到
ReentrantLock獲取鎖時(shí),在鎖已經(jīng)被占有的情況下,如果占有鎖的線程是當(dāng)前線程,那么允許重入,即再次占有,如果由其它線程占有,則獲取失敗,由此可見,ReetrantLock本身對(duì)鎖的持有是可重入的,同時(shí)是線程獨(dú)占的
。
公平與非公平就體現(xiàn)在,當(dāng)執(zhí)行的線程去獲取鎖的時(shí)候,公平的會(huì)去看是否有等待時(shí)間比它更長(zhǎng)的,而非公平的就優(yōu)先直接去占有鎖
ReentrantLock的tryLock()與tryLock(long timeout, TimeUnit unit):
public boolean tryLock() { //本質(zhì)上就是執(zhí)行一次非公平的搶鎖 return sync.nonfairTryAcquire(1); }
有時(shí)限的tryLock核心代碼是 sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(timeout));
,由于有超時(shí)時(shí)間,它會(huì)直接放到等待隊(duì)列中,他與后面要講的AQS的lock原理中acquireQueued的區(qū)別在于park的時(shí)間是有限的,詳見源碼 AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireNanos
為什么需要顯示鎖
內(nèi)置鎖功能上有一定的局限性,它無法響應(yīng)中斷,不能設(shè)置等待的時(shí)間
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