概念
设计初衷:该类利用 状态+队列 实现了一个同步器,更多的是提供一些模板方法(子类必须重写,不然会抛错)。
设计功能:独占、共享模式
两个核心,state、Queue
2.1 state
setState、compareAndSetState都是用于修改同步状态。看类名其实就知道一个是线程不安全的(setState),一个是使用了乐观锁来保证线程安全(compareAndSetState)。
使用场景
setState:应用于释放资源的线程,因为同一时间只有一个使用这个线程不安全的方法去修改state的值,所以不会发生并发安全问题
compareAndSetState:应用于尝试获取同步器的资源,由于同一时间可能存在多个资源竞争锁,所以需要使用unsfte类的cas保证线程安全
private volatile int state; // 同步状态值,0:空闲,>0:有多少个线程在同步队列中等待
protected final int getState() { // 获取同步状态
return state;
}
protected final void setState(int newState) { // 修改同步状态
state = newState;
}
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update); // 通过unsafe类的cas修改同步状态
}
2.2 Queue
底层:带头、尾节点的双向链表
private transient volatile Node head; // 头节点
private transient volatile Node tail; // 尾节点
static final class Node {
volatile Node prev; // 前一个节点
volatile Node next; // 后一个节点
}
核心获取同步锁流程
3.1 acquire
public final void acquire(int arg) {
// 尝试获取资源失败,且成功加入同步队列,则阻塞线程
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt(); // 获取不到资源或者加入队列失败,那就中断该线程
}
3.2 tryAcquire
protected boolean tryAcquire(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException(); // 模板方法,让子类实现
}
3.3 addWaiter
private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); // 转化为同步节点(队列节点类型)
// 尾插法
Node pred = tail; // 指向尾节点
if (pred != null) {
node.prev = pred; // 新节点的前一个节点指向尾节点
if (compareAndSetTail(pred, node)) { // 因为同时间内有多个线程进入队列,所以使用cas置换尾节点
pred.next = node; // 原尾节点的下一个指针指向新插入的节点
return node;
}
}
enq(node); // 队列为空,需要初始化队列插入
return node;
}
3.4 enq
private Node enq(final Node node) {
for (;;) { // 自旋,创建到成功为止
Node t = tail;
if (t == null) { // 还是并发安全问题,保守判断一下,是不是有人抢先一步
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t; // 插入节点指向尾巴
if (compareAndSetTail(t, node)) { // 交换尾节点
t.next = node; // 上一个节点指向当前插入节点
return t;
}
}
}
}
3.5 acquireQueued
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
final Node p = node.predecessor(); // 获取上一个节点
if (p == head && tryAcquire(arg)) { // 检查一下上一个节点是不是头节点,是的话尝试获取资源
setHead(node); // 设置头节点为当前节点
p.next = null; // GC掉,因为当前节点获取到资源,说明上一个节点已经执行完毕业务了
failed = false; // 设置成功
return interrupted; // 不阻塞
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && // 没有获取到资源,把线程挂起,别浪费资源
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node); // 获取到资源,取消尝试获取资源
}
}
3.6 shouldParkAfterFailedAcquire
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus; // 上一个节点的wait状态
if (ws == Node.SIGNAL) // 上一个节点是SIGNAL状态,说明可以阻塞,回去等通知就行
return true;
if (ws > 0) { // 如果大于0,说明是CANCELLED状态,那就把前面那些废物节点扔掉
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0); // 扔啊扔,扔到前一个节点不是废物节点
pred.next = node;
} else {
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL); // 小于0,说明前面有节点,更改成SIGNAL状态
}
return false;
}
3.6.1 waitStatus
static final int CANCELLED = 1; // 废弃状态,有些加入了又不想等,就玩儿
static final int SIGNAL = -1; // 等待激活下一个节点的状态,下一个节点肯定是被Condiction.await()
static final int CONDITION = -2; // 条件状态,中间节点
static final int PROPAGATE = -3; // 共享模式下的节点状态
3.7 parkAndCheckInterrupt
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this); // 挂起当前线程
return Thread.interrupted();
}
3.7.1 interrupted
public static boolean interrupted() {
return currentThread().isInterrupted(true); // 获取当前线程是否为中断状态
}
private native boolean isInterrupted(boolean ClearInterrupted); // 清除中断标志
获取同步锁流程图