JDK 併發 AQS 系列（三）

JDK 併發 · 發表 2018-10-18 10:01:55

摘要：鎖的獲取與釋放在資料競爭情況下，一個執行緒只有在成功獲取鎖後才能繼續往下執行，當離開競爭區域時將釋放鎖，釋放的鎖供其他即將進入資料競爭區域的執行緒獲取。同步器一般用acquire和release方法執行獲取釋放鎖操作，acquire方法包括的邏輯是先嚐試獲取鎖，成功...

鎖的獲取與釋放

在資料競爭情況下，一個執行緒只有在成功獲取鎖後才能繼續往下執行，當離開競爭區域時將釋放鎖，釋放的鎖供其他即將進入資料競爭區域的執行緒獲取。

同步器一般用acquire和release方法執行獲取釋放鎖操作，acquire方法包括的邏輯是先嚐試獲取鎖，成功則往下執行，否則把執行緒放到等待佇列中並可能將執行緒阻塞；release方法包含的邏輯是釋放鎖，喚醒等待佇列中一個或多個執行緒去嘗試獲取鎖。看看在AQS中鎖的獲取與釋放。

獲取鎖邏輯

if(嘗試獲取鎖失敗) {
建立node
使用CAS方式把node插入到佇列尾部
while(true){
if(嘗試獲取鎖成功 並且 node的前驅節點為頭節點){
把當前節點設定為頭節點
跳出迴圈
}else{
使用CAS方式修改node前驅節點的waitStatus標識為signal
if(修改成功)
掛起當前執行緒 
}
}
}

釋放鎖邏輯

if(嘗試釋放鎖成功){
喚醒後續節點包含的執行緒
}

自旋鎖

所謂自旋鎖即是某一執行緒去嘗試獲取某個鎖時，如果該鎖已經被其他執行緒佔用的話，此執行緒將不斷迴圈檢查該鎖是否被釋放，而不是讓此執行緒掛起或睡眠。它屬於為了保證共享資源而提出的一種鎖機制，與互斥鎖類似，保證了公共資源在任意時刻最多隻能由一條執行緒獲取使用，不同的是互斥鎖在獲取鎖失敗後將進入睡眠或阻塞狀態。下面利用程式碼實現一個簡單的自旋鎖，

public class SpinLock {
private static Unsafe unsafe = null;
private static final long valueOffset;
private volatile int value = 0;
static {
try {
unsafe=getUnsafeInstance();
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(SpinLock.class
.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception ex) {
throw new Error(ex);
}
}
private static Unsafe getUnsafeInstance() throws SecurityException,
NoSuchFieldException, IllegalArgumentException,
IllegalAccessException {
Field theUnsafeInstance = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
theUnsafeInstance.setAccessible(true);
return (Unsafe) theUnsafeInstance.get(Unsafe.class);
}
public void lock() {
for (;;) {
int newV = value + 1;
if(newV==1)
if (unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, 0, newV))
return ;
}
}
public void unlock() {
unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, 1, 0);
}
}

這是一個很簡單的自旋鎖，主要看lock和unlock兩個方法，Unsafe僅僅是為操作提供了硬體級別的原子CAS操作，暫時忽略此類，只要知道它的作用即可，我們將在後面的“原子性如何保證”小節中對此進行更加深入的闡述。

對於lock方法，假如有若干執行緒競爭，能成功通過CAS操作修改value值為newV的執行緒即是成功獲取鎖的執行緒，將直接通過，而其他的執行緒則不斷在迴圈檢測value值是否又改回0，將value改為0的操作就是獲取鎖的執行緒執行完後對該鎖進行釋放，通過unlock方法釋放鎖，釋放後若干執行緒又對該鎖競爭。如此一來，沒獲取的鎖也不會被掛起或阻塞，而是不斷迴圈檢查狀態。

根據下圖可加深自旋鎖的理解，五條執行緒輪詢value變數，t1獲取成功後將value置為1，此狀態時其他執行緒無法競爭鎖，t1使用完鎖後將value置為0，剩下的執行緒繼續競爭鎖，以此類推。這樣就保證了某個區域塊的執行緒安全性。