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java多线程--java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer解析(只包含多线程同步示例)

(2011-04-18 00:55:00)
标签:

杂谈

http://wagtto.iteye.com/blog/607848

jdk1.5和jdk1.6的多线程api有些不同,这里主要针对jdk1.5的多线程api的AbstractQueuedSynchronizer进行说明。jdk api中很多锁内部都实现并且使用了AbstractQueuedSynchronizer实现。
  AbstractQueuedSynchronizer实际上就是一个FIFO有状态双向队列。它声明了private volatile int state即AbstractQueuedSynchronizer的状态域,state属性用来表示这个同步器被请求了多少次(每请求一次state值 加1)。它的结点用来保存在该AbstractQueuedSynchronizer上请求的线程,请求的模式(共享模式还是互斥模式),和线程的状态 (等待唤醒,处于condition的等待队列中,已被取消(中断)) 以下是AbstractQueuedSynchronizer结点的内部实现:
   static final class Node {
       
        static final int CANCELLED =  1;
       
        static final int SIGNAL    = -1;
       
        static final int CONDITION = -2;
       
        static final Node SHARED = new Node();
       
        static final Node EXCLUSIVE = null;

       
        volatile int waitStatus;

       
        volatile Node prev;

       
        volatile Node next;

       
        volatile Thread thread;

       
        Node nextWaiter;

       
        final boolean isShared() {
            return nextWaiter == SHARED;
        }

       
        final Node predecessor() throws NullPointerException {
            Node p = prev;
            if (p == null)
                throw new NullPointerException();
            else
                return p;
        }

        Node() {    // Used to establish initial head or SHARED marker
        }

        Node(Thread thread, Node mode) {     // Used by addWaiter
            this.nextWaiter = mode;
            this.thread = thread;
        }

        Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Condition
            this.waitStatus = waitStatus;
            this.thread = thread;
        }
    }
以下将以Lock的lock方法为例(Lock接口的主要实现类为ReentrantLock),来看下java concurrent api是如何利用java语法而不是java语义来实现多线程FIFO同步的。ReentrantLock在内部实现了两个 AbstractQueuedSynchronizer,即FairSync和NonfairSync,它们都实现了lock()方法。现以 FairSync的lock实现为例。
    1.在获取lock对象的锁时即调用lock对象的lock方法时,首先会调用该lock对象内部同步器e.g.FairSync的tryAcquire方法,试着获取一个锁。
    2.如果第一步操作成功且当前线程是第一个获取到该锁的线程则把当前线程设置为该锁的所有者(owner),并设置同步器的状态(即锁请求的次数);如果不是第一个获取到该锁的线程则设置同步器的状态
    3.如果第一步操作失败则先把当前线程插入到FIFO队列中(通过AbstractQueuedSynchronizer的addWaiter方法)。调 用同步框架同步器基类AbstractQueuedSynchronizer的acquireQueued方法来顺序(FIFO)的获取该锁。具体的:
      i.如果当前线程是FIFO队列的第一个结点(第一个结点非头结点,该FIFO队列头结点为DUMMY结点,不是有效结点),则再次调用同步器实现类的tryAcquire方法来获取该锁。获取成功则设置整个FIFO队列的头结点,释放以前的头结点。
     ii.如果当前线程不是FIFO队列的第一个结点,则调用同步框架同步器基类AbstractQueuedSynchronizer的 shouldParkAfterFailedAcquire方法来判断是否当前线程应该被挂起(具体逻辑参看 shouldParkAfterFailedAcquire方法,它是根据FIFO队列当前线程所处结点的前一个结点的状态来判断的。如果前一个结点的等 待状态waitStatus<0则表示前一个结点所包含的线程还没有获取到锁,还在等待,那么当前线程就可以安心的等待了,该方法就返回true, 表明当前线程应该park;如果前一个结点的等待状态waitStatus>0则表示前一个结点的状态为CANCELLED状态了,则把该结点之前 的所有为CANCELLED状态的结点从FIFO队列中去除,该方法就返回false,表明当前线程不应该park,应该继续执行;如果前一个结点状态 waitStatus=0则把它的状态设置为SIGNAL状态,即-1,该方法就返回false,表明当前线程不应该park,应该继续执行)
     iii.根据第二步的结果如果当前线程需要park,则park当前线程;否则继续执行第一步。
      步骤i,ii,iii这个循环使得当前线程所处的FIFO队列之前的所有结点都获取到了锁之后才能获取到锁,否则当前线程就被park。
    具体的实现逻辑:
         
    final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    return interrupted;
                }
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } catch (RuntimeException ex) {
            cancelAcquire(node);
            throw ex;
        }
    }
    java concurrent框架通过CAS和底层的LockSupport支持,通过java语法的方式而不是java语义的方式使java多线程同步,异步操 作更加灵活。jdk实现提供了以AbstractQueuedSynchronizer为核心的多线程框架,我们可以更方便的使用java多线程了。

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