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Java 并发编程14--非公平锁

Posted on By zhaofuchao

很久没有更新博客了,时间太少,人太懒。。。。。不多说 继续非公平锁

1.非公平锁的获取

非公平锁和公平锁在获取锁的方法上,流程是一样的;它们的区别主要表现在“尝试获取锁的机制不同”。简单点说,“公平锁”在每次尝试获取锁时,都是采用公平策略(根据等待队列依次排序等待);而“非公平锁”在每次尝试获取锁时,都是采用的非公平策略(无视等待队列,直接尝试获取锁,如果锁是空闲的,即可获取状态,则获取锁)。 在前面的“公平锁”章节中,已经详细介绍了获取公平锁的流程和机制;下面,通过代码分析以下获取非公平锁的流程。

1.1 lock()

lock()在ReentrantLock.java的NonfairSync类中实现,它的源码如下:

final void lock() {
    if (compareAndSetState(0, 1))
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
    else
        acquire(1);
}

说明:

lock()会先通过compareAndSet(0, 1)来判断“锁”是不是空闲状态。是的话,“当前线程”直接获取“锁”;否则的话,调用acquire(1)获取锁。 (01) compareAndSetState()是CAS函数,它的作用是比较并设置当前锁的状态。若锁的状态值为0,则设置锁的状态值为1。 (02) setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread())的作用是,设置“当前线程”为“锁”的持有者。

“公平锁”和“非公平锁”关于lock()的对比

  • **公平锁 ** 公平锁的lock()函数,会直接调用acquire(1)。
  • 非公平锁 非公平锁会先判断当前锁的状态是不是空闲,是的话,就不排队,而是直接获取锁。

1.2. acquire()

acquire()在AQS中实现的,它的源码如下:

public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

(01) “当前线程”首先通过tryAcquire()尝试获取锁。获取成功的话,直接返回;尝试失败的话,进入到等待队列依次排序,然后获取锁。 (02) “当前线程”尝试失败的情况下,会先通过addWaiter(Node.EXCLUSIVE)来将“当前线程”加入到”CLH队列(非阻塞的FIFO队列)”末尾。 (03) 然后,调用acquireQueued()获取锁。在acquireQueued()中,当前线程会等待它在“CLH队列”中前面的所有线程执行并释放锁之后,才能获取锁并返回。如果“当前线程”在休眠等待过程中被中断过,则调用selfInterrupt()来自己产生一个中断。

“公平锁”和“非公平锁”关于acquire()的对比.

公平锁和非公平锁,只有tryAcquire()函数的实现不同;即它们尝试获取锁的机制不同。这就是我们所说的“它们获取锁策略的不同所在之处”! 在“Java多线程系列–“公平锁”中,已经详细介绍了acquire()涉及到的各个函数。这里仅对它们有差异的函数tryAcquire()进行说明。

非公平锁的tryAcquire()在ReentrantLock.java的NonfairSync类中实现,源码如下:


protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    return nonfairTryAcquire(acquires);
}

nonfairTryAcquire()在ReentrantLock.java的Sync类中实现,源码如下:

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    // 获取“当前线程”
    final Thread current = Thread.currentThread();
    // 获取“锁”的状态
    int c = getState();
    // c=0意味着“锁没有被任何线程锁拥有”
    if (c == 0) {
        // 若“锁没有被任何线程锁拥有”,则通过CAS函数设置“锁”的状态为acquires。
        // 同时,设置“当前线程”为锁的持有者。
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        // 如果“锁”的持有者已经是“当前线程”,
        // 则将更新锁的状态。
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0) // overflow
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

说明:

根据代码,我们可以分析出,tryAcquire()的作用就是尝试去获取锁。 (01) 如果“锁”没有被任何线程拥有,则通过CAS函数设置“锁”的状态为acquires,同时,设置“当前线程”为锁的持有者,然后返回true。 (02) 如果“锁”的持有者已经是当前线程,则将更新锁的状态即可。 (03) 如果不术语上面的两种情况,则认为尝试失败。

我们把公平锁的 tryAcquire()函数拿来看一下:

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    // 获取“当前线程”
    final Thread current = Thread.currentThread();
    // 获取“独占锁”的状态
    int c = getState();
    // c=0意味着“锁没有被任何线程锁拥有”,
    if (c == 0) {
        // 若“锁没有被任何线程锁拥有”,
        // 则判断“当前线程”是不是CLH队列中的第一个线程线程,
        // 若是的话,则获取该锁,设置锁的状态,并切设置锁的拥有者为“当前线程”。
        if (!hasQueuedPredecessors() &&
            compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        // 如果“独占锁”的拥有者已经为“当前线程”,
        // 则将更新锁的状态。
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0)
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

“公平锁”和“非公平锁”关于tryAcquire()的对比:

  • 公平锁和非公平锁,它们尝试获取锁的方式不同。
  • 公平锁在尝试获取锁时,即使“锁”没有被任何线程锁持有,它也会判断自己是不是CLH等待队列的表头;是的话,才获取锁。
  • 而非公平锁在尝试获取锁时,如果“锁”没有被任何线程持有,则不管它在CLH队列的何处,它都直接获取锁。

2.释放非公平锁

非公平锁和公平锁在释放锁的方法和策略上是一样的。 而在前面的“Java多线程系列–“公平锁 ”中,已经对“释放公平锁”进行了介绍;这里就不再重复的进行说明。

总结

公平锁和非公平锁的区别,是在获取锁的机制上的区别。表现在,在尝试获取锁时 —— 公平锁,只有在当前线程是CLH等待队列的表头时,才获取锁;而非公平锁,只要当前锁处于空闲状态,则直接获取锁,而不管CLH等待队列中的顺序。 只有当非公平锁尝试获取锁失败的时候,它才会像公平锁一样,进入CLH等待队列排序等待。