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Java并发包中Lock的实现原理
内容导读
互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了Java并发包中Lock的实现原理,小编现在分享给大家,供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含5142字,纯文字阅读大概需要8分钟。
内容图文
Lock 的简介及使用
Lock是java 1.5中引入的线程同步工具,它主要用于多线程下共享资源的控制。本质上Lock仅仅是一个接口(位于源码包中的java\util\concurrent\locks中),它包含以下方法
Lock有三个实现类,一个是ReentrantLock,另两个是ReentrantReadWriteLock类中的两个静态内部类ReadLock和WriteLock。
使用方法:多线程下访问(互斥)共享资源时, 访问前加锁,访问结束以后解锁,解锁的操作推荐放入finally块中。
{
l.unlock();
}
注意,加锁位于对资源访问的try块的外部,特别是使用lockInterruptibly方法加锁时就必须要这样做,这为了防止线程在获取锁时被中断,这时就不必(也不能)释放锁。
try { l.lockInterruptibly(); // 获取锁失败时不会执行finally块中的unlock语句 try { // access the resource protected by this lock }finally{ l.unlock(); } } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); }
实现Lock接口的基本思想
需要实现锁的功能,两个必备元素,一个是表示(锁)状态的变量(我们假设0表示没有线程获取锁,1表示已有线程占有锁),另一个是队列,队列中的节点表示因未能获取锁而阻塞的线程。为了解决多核处理器下多线程缓存不一致的问题,表示状态的变量必须声明为voaltile类型,并且对表示状态的变量和队列的某些操作要保证原子性和可见性。原子性和可见性的操作主要通过Atomic包中的方法实现。
线程获取锁的大致过程(这里没有考虑可重入和尝试获取锁过程被中断或超时的情况)
1. 读取表示状态的变量
2. 如果表示状态的变量的值为0,那么当前线程尝试将变量值设置为1(通过CAS操作完成),当多个线程同时将表示状态的变量值由0设置成1时,仅一个线程能成功,其
它线程都会失败
2.1 若成功,表示获取了锁,
2.1.1 如果该线程已位于在队列中,则将其出列(并将下一个节点则变成了队列的第一个节点)
2.1.2 如果该线程未入列,则不用对队列进行维护
然后当前线程从lock方法中返回,对共享资源进行访问。
2.2 若失败,则当前线程将自身放入等待(锁的)队列中 并阻塞自身 ,此时线程一直被阻塞在lock方法中,没有从该方法中返回(被唤醒后仍然在lock方法中,并回 到第1步重新开始)。
3. 如果表示状态的变量的值为1,那么将当前线程放入等待队列中,然后将自身阻塞(被唤醒后仍然在lock方法中,并回到第1步重新开始)。
注意,唤醒并不表示线程能立刻运行,而是表示线程处于就绪状态,可以运行而已
线程释放锁的大致过程
1. 释放锁的线程将状态变量的值从1设置为0,并唤醒等待(锁)队列中的队首节点,释放锁的线程从就从unlock方法中返回,继续执行线程后面的代码
2. 被唤醒的线程(队列中的队首节点)和可能和未进入队列并且准备获取的线程竞争获取锁,重复获取锁的过程
注意:可能有多个线程同时竞争去获取锁,但是一次只能有一个线程去释放锁,队列中的节点都需要它的前一个节点将其唤醒,例如有队列A<-B-<C ,即由A释放锁时 唤醒B,B释放锁时唤醒C
公平锁和非公平锁
锁可以分为公平锁和不公平锁,重入锁和非重入锁(关于重入锁的介绍会在ReentrantLock源代码分析中介绍),以上过程实际上是非公平锁的获取和释放过程。
公平锁严格按照先来后到的顺去获取锁,而非公平锁允许插队获取锁。
公平锁获取锁的过程上有些不同,在使用公平锁时,某线程想要获取锁,不仅需要判断当前表示状态的变量的值是否为0,还要判断队列里是否还有其他线程,若队列中还有线程则说明当前线程需要排队,进行入列操作,并将自身阻塞;若队列为空,才能尝试去获取锁。而对于非公平锁,当表示状态的变量的值是为0,就可以尝试获取锁,不必理会队列是否为空,这样就实现了插队的特点。通常来说非公平锁的吞吐率比公平锁要高,我们一般常用非公平锁。
这里需要解释一点,什么情况下才会出现,表示锁的状态的变量的值是为0而且队列中仍有其它线程等待获取锁的情况。
假设有三个线程A、B、C。A线程为正在运行的线程并持有锁,队列中有一个C线程,位于队首。现在A线程要释放锁,具体执行的过程操作可分为两步:
1. 将表示锁状态的变量值由1变为0,
2. C线程被唤醒,这里要明确两点:(1)C线程被唤醒并不代表C线程开始执行,C线程此时是处于就绪状态,要等待CPU的轮询(2)C线程目前还并未出列,C线程 要进入运行状态,并且通过竞争获取到锁以后才会出列。
如果C线程此时还没有进入运行态,同时未在队列中的B线程进行获取锁的操作,B就会发现虽然当前没有线程持有锁,但是队列不为空(C线程仍然位于队列中),要满足先来后到的特点(B在C之后执行获取锁的操作),B线程就不能去尝试获取锁,而是进行入列操作。
实现Condition接口的基本思想
Condition 本质是一个接口,它包含如下方法
一个Condition实例的内部实际上维护了一个队列,队列中的节点表示由于(某些条件不满足而)线程自身调用await方法阻塞的线程。Condition接口中有两个重要的方法,即 await方法和 signal方法。线程调用这个方法之前该线程必须已经获取了Condition实例所依附的锁。这样的原因有两个,1对于await方法,它内部会执行释放锁的操作,所以使用前必须获取锁2对于signal方法,是为了避免多个线程同时调用同一个Condition实例的singal方法时引起的(队列)出列竞争。下面是这两个方法的执行流程。
await方法:
1. 入列到条件队列(这里不是等待锁的队列)
2. 释放锁
3. 阻塞自身线程
------------被唤醒后执行-------------
4. 尝试去获取锁(执行到这里时线程已不在条件队列中,而是位于等待(锁的)队列中,参见signal方法)
4.1 成功,从await方法中返回,执行线程后面的代码
4.2 失败,阻塞自己(等待前一个节点释放锁时将它唤醒)
注意:await方法时自身线程调用的,线程在await方法中阻塞,并没有从await方法中返回,当唤醒后继续执行await方法中后面的代码。可以看出await方法释放了锁,又尝 试获得锁。
signal方法:
1. 将条件队列的队首节点取出,放入等待锁队列的队尾
2. 唤醒该节点对应的线程
注意:signal是由其它线程调用
Lock和Condition的使用例程
下面这个例子,就是利用lock和condition实现B线程先打印一句信息后,然后A线程打印两句信息(不能中断),交替十次后结束
public class ConditionDemo { volatile int key = 0; Lock l = new ReentrantLock(); Condition c = l.newCondition(); publicstaticvoid main(String[] args){ ConditionDemo demo = new ConditionDemo(); new Thread(demo.new A()).start(); new Thread(demo.new B()).start(); } class A implements Runnable{ @Override publicvoid run() { int i = 10; while(i > 0){ l.lock(); try{ if(key == 1){ System.out.println("A is Running"); System.out.println("A is Running"); i--; key = 0; c.signal(); }else{ c.awaitUninterruptibly(); } } finally{ l.unlock(); } } } } class B implements Runnable{ @Override publicvoid run() { int i = 10; while(i > 0){ l.lock(); try{ if(key == 0){ System.out.println("B is Running"); i--; key = 1; c.signal(); }else{ c.awaitUninterruptibly(); } } finally{ l.unlock(); } } } } }
Lock与synchronized的区别
1. Lock的加锁和解锁都是由java代码配合native方法(调用操作系统的相关方法)实现的,而 synchronize 的加锁和解锁的过程是由JVM管理的
2. 当一个线程使用synchronize获取锁时,若锁被其他线程占用着,那么当前只能被阻塞,直到成功获取锁。而Lock则提供超时锁和可中断等更加灵活的方式,在未能获取锁的 条件下提供一种退出的机制。
3. 一个锁内部可以有多个Condition实例,即有多路条件队列,而synchronize只有一路条件队列;同样Condition也提供灵活的阻塞方式,在未获得通知之前可以通过中断线程以 及设置等待时限等方式退出条件队列。
4. synchronize对线程的同步仅提供独占模式,而Lock即可以提供独占模式,也可以提供共享模式
原文:http://www.cnblogs.com/nullzx/p/4968674.html
内容总结
以上是互联网集市为您收集整理的Java并发包中Lock的实现原理全部内容,希望文章能够帮你解决Java并发包中Lock的实现原理所遇到的程序开发问题。 如果觉得互联网集市技术教程内容还不错,欢迎将互联网集市网站推荐给程序员好友。
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