Juc24_AQS的概述体系架构深入源码解读(非公平)源码总结

Posted 2023-01-31 所得皆惊喜

文章目录

• ①. AQS是什么？
• ②. AQS内部体系架构
• ③. ReentrantLock开始解读AQS
• • ①. 代码展示
  • ②. 从最简单的lock方法开始看看公平和非公平
  • ③. lock()
  • ④. tryAcquire(arg)
  • ⑤. addWaiter(Node.EXCLUSIVE)
  • ⑥. acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)
  • ⑦. unlock( )获取permit
  • ⑧. AQS源码总结

①. AQS是什么？

• ①. 是用来构建锁或者其它同步器组件的重量级基础框架及整个JUC体系的基石,通过内置的CLH(FIFO)队列的变种来完成资源获取线程的排队工作,将每条将要去抢占资源的线程封装成一个Node节点来实现锁的分配,有一个int类变量表示持有锁的状态(private volatile int state),通过CAS完成对status值的修改(0表示没有,1表示阻塞)
  CLH:Craig、Landin and Hagersten 队列,是一个单向链表,AQS中的队列是CLH变体的虚拟双向队列FIFO
  
• ②. AQS为什么是JUC内容中最重要的基石
  (ReentrantLock | CountDownLatch | ReentrantReadWriteLock | Semaphore)

通过代码解释为什么JUC是最重要的基石
(1). 和AQS有关的
(2).ReentrantLock

(3).CountDownLatch

(4).ReentrantReadWriteLock
(5). Semaphore

• ③. 锁,面向锁的使用者(定义了程序员和锁交互的使用层API,隐藏了实现细节,你调用即可)
  同步器,面向锁的实现者(比如Java并发大神Douglee,提出统一规范并简化了锁的实现,屏蔽了同步状态管理、阻塞线程排队和通知、唤醒机制等。)

• ④. 加锁会导致阻塞、有阻塞就需要排队,实现排队必然需要队列

• ⑤. 如果共享资源被占用,就需要一定的阻塞等待唤醒机制来保证锁分配。这个机制主要用的是CLH队列的变体实现的,将暂时获取不到锁的线程加入到队列中,这个队列就是AQS的抽象表现。它将请求共享资源的线程封装成队列的结点(Node) ,通过CAS、自旋以及LockSuport.park()的方式,维护state变量的状态,使并发达到同步的效果
  

②. AQS内部体系架构

• ①. AQS内部架构图:
  
  
• ②. 详解AQS内部代码有什么？
  
• ③. CLH队列(三个大牛的名字组成),为一个双向队列
  
• ④. 内部结构(Node此类的讲解)
  
  
• ⑤. AQS同步队列的基本结构
  

③. ReentrantLock开始解读AQS

写在最前面:
(1). 本次讲解我们走最常用的,lock/unlock作为案例突破口
(2). 我相信你应该看过源码了,那么AQS里面有个变量叫State,它的值有几种？3个状态:没占用是0,占用了是1,大于1是可重入锁
(3). 如果AB两个线程进来了以后,请问这个总共有多少个Node节点？答案是3个,其中队列的第一个是傀儡节点(哨兵节点)
业务图:

①. 代码展示

public class AQSDemo 
    public static void main(String[] args) 
        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        //带入一个银行办理业务的案例来模拟我们的AQS如何进行线程的管理和通知唤醒机制
        //3个线程模拟3个来银行网点,受理窗口办理业务的顾客
        //A顾客就是第一个顾客,此时受理窗口没有任何人,A可以直接去办理
        new Thread(() -> 
                lock.lock();
                try
                    System.out.println("-----A thread come in");

                    try  TimeUnit.MINUTES.sleep(20); catch (Exception e) e.printStackTrace();
                finally 
                    lock.unlock();
                
        ,"A").start();

        //第二个顾客,第二个线程---》由于受理业务的窗口只有一个(只能一个线程持有锁),此时B只能等待,
        //进入候客区
        new Thread(() -> 
            lock.lock();
            try
                System.out.println("-----B thread come in");
            finally 
                lock.unlock();
            
        ,"B").start();

        //第三个顾客,第三个线程---》由于受理业务的窗口只有一个(只能一个线程持有锁),此时C只能等待,
        //进入候客区
        new Thread(() -> 
            lock.lock();
            try
                System.out.println("-----C thread come in");
            finally 
                lock.unlock();
            
        ,"C").start();
    

②. 从最简单的lock方法开始看看公平和非公平

• ①. 通过ReentrantLock的源码来讲解公平锁和非公平锁
  
  
• ②. 可以明显看出公平锁与非公平锁的lock()方法唯一的区别就在于公平锁在获取同步状态时多了一个限制条件:hasQueuedPredecessors()
  hasQueuedPredecessors是公平锁加锁时判断等待队列中是否存在有效节点的方法
  

③. lock()

• ①. lock.lock( ) 源码
  
• ②. acquire( ):源码和3大流程走向
  

④. tryAcquire(arg)

• ①.本次走非公平锁方向
  
• ②. nonfairTryAcquire(acquires)
  return false(继续推进条件,走下一步方法addWaiter)
  return true(结束)
  

⑤. addWaiter(Node.EXCLUSIVE)

假如3号ThreadC线程进来
(1). prev
(2). compareAndSetTail
(3). next

• ①. addWaiter(Node mode )
  双向链表中,第一个节点为虚节点(也叫哨兵节点),其实并不存储任何信息,只是占位。 真正的第一个有数据的节点,是从第二个节点开始的
  
• ②. enq(node);
  
• ③. B、C线程都排好队了效果图如下:
  

⑥. acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)

• ①. acquireQueued
  (会调用如下方法:shouldParkAterFailedAcquire和parkAndCheckInterrupt | setHead(node) )

• ②. shouldParkAfterFailedAcquire
  

• ③. parkAndCheckInterrupt
  

• ④. 当我们执行下图中的③表示线程B或者C已经获取了permit了
  

• ⑤. setHead( )方法
  代码执行完毕后,会出现如下图所示
  

⑦. unlock( )获取permit

• ①. release | tryRelease | unparkSuccessor(h);
  
• ②. tryRelease()
  
• ③. unparkSuccessor( )
  

⑧. AQS源码总结

• ①. 业务场景,比如说我们有三个线程A、B、C去银行办理业务了,A线程最先抢到执行权开始办理业务,那么B、C两个线程就在CLH队列里面排队如图所示,注意傀儡结点和B结点的状态都会改为-1
  

• ②. 当A线程办理好业务,离开的时候,会把傀儡结点的waitStatus从-1改为0 | 将status从1改为0,将当前线程置为null

• ③. 这个时候如果B上位,首先将status从0改为1(表示占用),把thread置为线程B | 会执行如下图的①②③④,会触发GC,然后就把第一个灰色的傀儡结点给清除掉了,这个时候原来的B结点重新成为傀儡结点