锁的获取与释放
在数据竞争情况下,一个线程只有在成功获取锁后才能继续往下执行,当离开竞争区域时将释放锁,释放的锁供其他即将进入数据竞争区域的线程获取。
同步器一般用acquire和release方法执行获取释放锁操作,acquire方法包括的逻辑是先尝试获取锁,成功则往下执行,否则把线程放到等待队列中并可能将线程阻塞;release方法包含的逻辑是释放锁,唤醒等待队列中一个或多个线程去尝试获取锁。看看在AQS中锁的获取与释放。
获取锁逻辑
if(尝试获取锁失败) { 创建node 使用CAS方式把node插入到队列尾部 while(true){ if(尝试获取锁成功 并且 node的前驱节点为头节点){ 把当前节点设置为头节点 跳出循环 }else{ 使用CAS方式修改node前驱节点的waitStatus标识为signal if(修改成功) 挂起当前线程 } }}复制代码
释放锁逻辑
if(尝试释放锁成功){ 唤醒后续节点包含的线程}复制代码
自旋锁
所谓自旋锁即是某一线程去尝试获取某个锁时,如果该锁已经被其他线程占用的话,此线程将不断循环检查该锁是否被释放,而不是让此线程挂起或睡眠。它属于为了保证共享资源而提出的一种锁机制,与互斥锁类似,保证了公共资源在任意时刻最多只能由一条线程获取使用,不同的是互斥锁在获取锁失败后将进入睡眠或阻塞状态。下面利用代码实现一个简单的自旋锁,
public class SpinLock { private static Unsafe unsafe = null; private static final long valueOffset; private volatile int value = 0; static { try { unsafe=getUnsafeInstance(); valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(SpinLock.class .getDeclaredField("value")); } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); } } private static Unsafe getUnsafeInstance() throws SecurityException, NoSuchFieldException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException { Field theUnsafeInstance = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); theUnsafeInstance.setAccessible(true); return (Unsafe) theUnsafeInstance.get(Unsafe.class); } public void lock() { for (;;) { int newV = value + 1; if(newV==1) if (unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, 0, newV)) return ; } } public void unlock() { unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, 1, 0); }}复制代码
这是一个很简单的自旋锁,主要看lock和unlock两个方法,Unsafe仅仅是为操作提供了硬件级别的原子CAS操作,暂时忽略此类,只要知道它的作用即可,我们将在后面的“原子性如何保证”小节中对此进行更加深入的阐述。
对于lock方法,假如有若干线程竞争,能成功通过CAS操作修改value值为newV的线程即是成功获取锁的线程,将直接通过,而其他的线程则不断在循环检测value值是否又改回0,将value改为0的操作就是获取锁的线程执行完后对该锁进行释放,通过unlock方法释放锁,释放后若干线程又对该锁竞争。如此一来,没获取的锁也不会被挂起或阻塞,而是不断循环检查状态。
根据下图可加深自旋锁的理解,五条线程轮询value变量,t1获取成功后将value置为1,此状态时其他线程无法竞争锁,t1使用完锁后将value置为0,剩下的线程继续竞争锁,以此类推。这样就保证了某个区域块的线程安全性。
总结
自旋锁适用于锁占用时间短,即锁保护临界区很小的情景,同时它需要硬件级别操作,也要保证各缓存数据的一致性,另外,无法保证公平性,不保证先到先获得,可能造成线程饥饿。在多处理器机器上,每个线程对应的处理器都对同一个变量进行读写,而每次读写操作都将要同步每个处理器缓存,导致系统性能严重下降。
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