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Java 编程之美：并发编程高级篇（中）

发布：达内科技
来源：互联网
时间：2018-07-03 14:50

    达内科技的老师说啊，代码(3)首先获取了独占锁,代码(4) 则调用了条件变量的 await()方法阻塞挂起了当前线程,当其它线程调用了条件变量的 signal 方法时候,被阻塞的线程才会从 await 处返回,需要注意的是和调用 Object 的 wait 方法一样,如果在没有获取到锁前调用了条件变量的 await 方法会抛出 java.lang.IllegalMonitorStateException 异常.
    代码(5) 则释放了获取的锁.
    其实这里的 lock 对象等价于 synchronized 加上共享变量,当调用 lock.lock()方法就相当于进入了 synchronized 块(获取了共享变量的内置锁),当调用 lock.unLock() 方法时候就相当于退出了 synchronized 块.
    当调用条件变量的 await() 方法时候就相当于调用了共享变量的 wait() 方法,当调用了条件变量的 signal 方法时候就相当于调用了共享变量的 notify() 方法.当调用了条件变量的 signalAll()方法时候就相当于调用了共享变量的 notifyAll() 方法.
    有了上面的解释相信大家对条件变量是什么,用来做什么用的有了一定的认识了.
    上面通过 lock.newCondition() 作用其实是 new 了一个 AQS 内部声明的 ConditionObject 对象,ConditionObject 是 AQS 的内部类,可以访问到 AQS 内部的变量(例如状态变量 status 变量)和方法.
    对应每个条件变量内部维护了一个条件队列,用来存放当调用条件变量的 await() 方法被阻塞的线程.注意这个条件队列和 AQS 队列不是一回事情.
    如下代码,当线程调用了条件变量的 await() 方法时候(事先必须先调用了锁的 lock() 方法获取锁),内部会构造一个类型为 Node.CONDITION 的 node 节点,然后插入该节点到条件队列末尾,然后当前线程会释放获取的锁(也就是会操作锁对应的 status 变量的值),并被阻塞挂起.

这时候如果有其它线程调用了 lock.lock() 尝试获取锁时候,就会有一个线程获取到锁,如果获取到锁的线程有调用了条件变量的 await()方法,则该线程也会被放入条件变量的阻塞队列,然后释放获取到的锁,阻塞到 await() 方法处.

达内科技

    public final void await() throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); //创建新的node,并插入到条件队列末尾(9) Node node = addConditionWaiter(); //释放当前线程获取的锁(10) int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = 0; //调用park方法阻塞挂起当前线程(11) while (!isOnSyncQueue(node)) { LockSupport.park(this); if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) break; } ... }
    如下代码,当另外一个线程调用了条件变量的 signal 方法时候(事先必须先调用了锁的 lock() 方法获取锁),内部会把条件队列里面队头的一个线程节点从条件队列里面移除后放入到 AQS 的阻塞队列里面,然后激活这个线程.
    public final void signal() { if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); Node first = firstWaiter; if (first != null) //移动条件队列队头元素到AQS队列 doSignal(first); }
    达内科技的老师说：需要注意的是 AQS 只提供了 ConditionObject 的实现,并没有提供 newCondition 函数来 new 一个 ConditionObject 对象,需要由 AQS 的子类来提供 newCondition 函数.
    下面来看下当一个线程调用条件变量的 await() 方法被阻塞后,如何放入的条件队列.
    private Node addConditionWaiter() { Node t = lastWaiter; ... //(1) Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION); //(2) if (t == null) firstWaiter = node; else t.nextWaiter = node;//(3) lastWaiter = node;//(4) return node; }
    如上代码(1)首先根据当前线程创建一个类型为 Node.CONDITION 的节点,然后通过步骤(2)(3)(4)在单向条件队列尾部插入一个元素.
    注:当多个线程同时调用 lock.lock() 获取锁的时候,同时只有一个线程获取到了该锁,其他线程会被转换为 Node 节点插入到 lock 锁对应的 AQS 阻塞队列里面,并做自旋 CAS 尝试获取锁;
    如果获取到锁的线程又调用了对应的条件变量的 await() 方法,则该线程会释放获取到的锁,并被转换为 Node 节点插入到条件变量对应的条件队列里面;
    这时候因为调用 lock.lock() 方法被阻塞到 AQS 队列里面的一个线程会获取到被释放的锁,如果该线程也调用了条件变量的 await()方法则该线程也会被放入条件变量的条件队列.
    当另外一个线程调用了条件变量的 signal() 或者 signalAll() 方法时候,会把条件队列里面的一个或者全部 Node 节点移动到 AQS 的阻塞队列里面,等待时机获取锁.
    一个锁对应有一个 AQS 阻塞队列,对应多个条件变量,每个条件变量有自己的一个条件队列.
    三、独占锁 ReentrantLock 原理
    3.1 类图结构简介
    ReentrantLock 是可重入的独占锁,同时只能有一个线程可以获取该锁,其它获取该锁的线程会被阻塞后放入该锁的 AQS 阻塞队列里面.首先一览 ReentrantLock 的类图以便对它的实现有个大致了解
    从类图可知 ReentrantLock 最终还是使用 AQS 来实现,并且根据参数决定内部是公平还是非公平锁,默认是非公平锁:
    public ReentrantLock() { sync = new NonfairSync(); } public ReentrantLock(boolean fair) { sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync(); }
    其中类 Sync 直接继承自 AQS,它的子类 NonfairSync 和 FairSync 分别实现了获取锁的公平和非公平策略.
    在这里 AQS 的状态值 state 代表线程获取该锁的可重入次数,默认情况下 state 的值为 0 标示当前锁没有被任何线程持有,当一个线程第一次获取该锁时候会使用尝试使用 CAS 设置 state 的值为 1.
    如果 CAS 成功则当前线程获取了该锁,然后记录该锁的持有者为当前线程,在该线程没有释放锁第二次获取改锁后状态值被为 2,这就是可重入次数,在该线程释放该锁的时候,会尝试使用 CAS 让状态值减一,如果减一后状态值为 0 则当前线程释放该锁.
    以上就是达内科技给大家做的内容详解,更多关于IT知识的学习,请继续关注达内科技

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