Java/Android线程同步-锁

锁一共两个要点排它和唤醒

1 为什么要线程同步?

1 ) 防止多个线程共同访问一个全局变量或者函数产生错误. 多线程访问多一个函数的局部变量会产生错误吗?答案是不会,因为每个线程有自己的栈,局部变量保存在自己的栈中.[https://www.cnblogs.com/binghe001/p/12808419.html]
2 ) 线程时序控制

**2 CAS无锁化编程 **

  1. CAS是一种无锁算法(编程)。
    保证操作的原子性.
    有3个操作数:内存值V、旧的预期值A、要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时,将内存值V修改为B,否则什么都不做。
do{
  备份旧数据;
  基于旧数据构造新数据;
}while(!CAS( 内存地址,备份的旧数据,新数据 ))

API: compareAndSetHead,compareAndSetTail,compareAndSetWaitStatus

3 锁的类型:乐观锁和悲观锁

1 ) 乐观锁: 就是不加锁。通过cas实现.
原理: 先记录访问version,通过cas写变量,提交的时候version没变则提交成功,如果version改变则提交失败.
2 ) 悲观锁就是排他锁就是通常所说的锁,上锁之后,其他线程不允许进入

  1. 优缺点:悲观锁缺点每次都加锁,开销大。同时限制了只读不写的线程. 乐观锁缺点是如果修改频繁,造成提交失败多,开销大.

4 AQS(AbstractQueuedSynchronizier)

AQS:它负责管理多线程的调度.是一个用于构建锁和同步容器的框架;本质是同步队列. 它是Cas 的包装类(封装了cas操作,增加queue和相关链表管理).
作用: 各种同步工具锁的基础,比如ReentrantLock, CyclicBairier都是基于AQS来实现的.
AQS本身很少直接被使用,它提供了tryAcquire等api接口封装了cas操作,给应用层锁使用。
cas->AQS->ReentrantLock:

技术分享图片

API: Acquire,tryAcquire,addWaiter()和acquireQueued()
AQS应用锁类型: 两种资源共享方式:Exclusive(独占,只有一个线程能执行,如ReentrantLock)和 Share(共享,多个线程可同时执行,如Semaphore/CountDownLatch)。

5 应用层锁

1 ) 基于AQS

image
  • ReentrantLock锁的流程
  1. ReentrantLock先通过CAS尝试获取锁,
    1. 如果此时锁已经被占用,该线程加入AQS队列并wait()
    2. 当前驱线程的锁被释放,挂在CLH队列为首的线程就会被notify(),然后继续CAS尝试获取锁,此时:
      1. 非公平锁,如果有其他线程尝试lock(),有可能被其他刚好申请锁的线程抢占
      2. 公平锁,只有在CLH队列头的线程才可以获取锁,新来的线程只能插入到队尾。

(注:ReentrantLock默认是非公平锁,也可以指定为公平锁)

  • CountDownLatch&CyclicBarrier

| CountDownLatch | 运行在主线程. 等待N个线程都结束。每个子线程结束,N=N-1,只到N变成0再继续主线程 |
| CyclicBarrier | 运行在子线程. 所有子线程都运行到CyclicBarrier点,然后再同时继续各个子线程 |

CyclicBarrier以及和CountDownLatch的使用实例: https://www.cnblogs.com/twoheads/p/9555867.html

2 ) 基于 ReentrantLock 和 Condition(AQS实现)

BlockingQueued 队列:
1. ArrayBlockingQueued 2. LinkedBlockingQueue3. PriorityBlockingQueue

  1. DelayQueue 5. SynchronousQueue6.LinkedTransferQueue7.LinkedBlockingDeque

6 源码分析--AOS源码

  1. 实现原理:将多个线程放入一个queue同一个调度,loop轮询这个queue查看哪个轮到放入cpu执行.
    以公平锁为例: queue中线程顺序执行. 第一个线程执行,第二个线程等待唤醒,第三个及以后休眠。第一个线程结束使用pthread_cond_signal 唤醒pthread_cond_wait.

  2. 核心函数 acquire()

  1. 调用自定义同步器的tryAcquire()尝试直接去获取资源,如果成功则直接返回;
  2. 没成功,则addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部,并标记为独占模式;
  3. acquireQueued()使线程在等待队列中休息,有机会时(轮到自己,会被unpark())会去尝试获取资源。获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过,则返回true,否则返回false。
  4. 如果线程在等待过程中被中断过,它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt(),将中断补上。
image
  1. 在不同的 类中,acquire和release操作的名字和形式会各有不同。例 如:Lock.lock,Semaphore.acquire,CountDownLatch.await和FutureTask.get,在这个框架 里,这些方法都是acquire操作。

参考: AQS源码分析:Java并发之AQS详解 https://www.cnblogs.com/waterystone/p/4920797.html

从ReentrantLock的实现看AQS的原理及应用 https://tech.meituan.com/2019/12/05/aqs-theory-and-apply.html ---AOS,ReentrantLock源码分析,比较好的地方是将call ladder分成不同的层,分析源码有流程图

线程池系列 之 FutureTask 及其底层实现 https://blog.csdn.net/xiaoqi44325234/article/details/106344127---将futuretask的所有函数都写了commen

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