1.重入锁
重入锁ReentrantLock,表示该锁能够支持一个线程对资源的重复加锁。
1.1 实现重进入
重进入是指任意线程在获取锁之后能够再次获取锁而不会被锁阻塞。实现该功能需要解决线程的再次获取锁,和锁的最终释放的问题。
ReentrantLock是通过组合自定义同步器来实现锁的获取和释放,以下是非公平锁实现代码:
nonfairTryAcquire(int acquires)方法增加了再次获取同步锁的处理逻辑:通过判断当前线程是否为获取锁的线程来决定获取操作是否成功,如果是获取锁的线程再次请求,则将同步状态值进行增加并返回true,表示获取同步状态成功。这要求在tryRelease(int releases)释放同步锁时减少同步状态值。
tryRelease(int releases)方法在释放前n-1次返回false,更新同步状态值,最后一次才返回true,将同步状态完全释放。
1.2 公平锁和非公平锁
如果一个锁是公平的,那么获取锁的顺序应该符合请求的顺序,即FIFO。公平锁的实现源码如下:
tryAcquire(int acquires)方法和nonfairTryAcquire(int acquires)方法实现源码的区别是在进行CAS尝试获取锁前,有一个判断条件!hasQueuedPredecessors(),该方法主要是用来判断是否有前驱节点,即查询有没有比当前线程更早加入同步队列的节点,源码实现如下:
公平锁保证了锁的获取按照FIFO的原则,而代价是进行大量的线程切换。非公平锁虽然可能造成线程饥饿,但是极少的线程切换,保证了更大的吞吐量。
2.读写锁
读写锁在同一个时刻可以允许多个线程访问,但是在写线程访问时,所有的读线程和其他线程均被阻塞。读写锁维护了一对锁,一个读锁,一个写锁,通过分离读锁和写锁,提供性能。
ReentrantReadWriteLock锁支持公平性选择,重进入,锁降级。
(1)公平性选择
支持非公平(默认)和公平的锁获取方式,吞吐量还是非公平优于公平。
(2)重进入,该锁支持重进入
(3)遵循获取写锁,获取读锁再释放写锁的次序,写锁能够降级成为读锁。
2.1 读写锁状态设计
读写锁同样依赖自定义同步器来实现同步功能,而读写状态就是其同步器的同步状态,读写锁的自定义同步器通过“按位分割”的方式维护多个读线程和一个写线程的状态,高16位表示读,低16位表示写。通过位运算来判断读写状态。假设当前的同步状态是为S,写状态是S & 0x0000FFFF,读状态是S >>> 16。当写状态增加1,等于S+1,当读状态增加1时,等于S+(1 << 16)。
2.2 写锁的获取与释放
写锁是一个支持重入的排他锁。如果当前线程已经获取了写锁,则增加了写状态。如果当前线程在获取写锁时,读锁已经被获取或者该线程不是已经获取写锁的线程,则当前线程进入等待状态,源码如下:
tryAcquire(int acquires)方法除了重入条件之外,增加了一个读锁是否存在的判断。如果存在读锁,由于读写锁需要保证写锁操作对读锁可见,写锁不能被获取。写锁的释放过程和ReentrantLock的释放过程类似,每次释放均减少写状态,当写状态为0时,表示写锁已经被释放。
2.3 读锁的获取和释放
读锁是一个支持重进入的共享锁,能够被多个线程同时获取,在没有其他写线程访问的时候,读锁总是会获取成功,而所做的就是增加读状态。里面还有getReadHoldCount()功能的实现。
tryAcquireShared(int unused)方法中,若其他线程已经获取到写锁,则当前线程获取读锁失败,进入等待状态。如果当前线程获取了写锁或者写锁未被获取,则当前线程增加读状态,成功获取读锁。读锁的每次释放均减少读状态,减少的值是1<<16。
2.4 锁降级
锁降级是指写锁降级成为读锁,把持住当前拥有的写锁,再获取读锁,随后释放之前的写锁的过程。
3.LockSupport工具
LockSupport定义了一组一park开头的方法用来阻塞当前的线程,以及unpark方法来唤醒一个被阻塞的线程。
4.Condition接口
任意一个Java对象,都拥有一组监视器方法,主要包括:wait(),wait(long timeout),notify()以及notifyAll()方法,这些方法和synchronized同步关键字配合,可以实现等待通知的模式。Condition接口也提供了类是Object的监视器方法,与Lock配合可以实现等待/通知模式。
Condition也是基于同步队列AQS实现的。