在讨论Java的锁的时候,有一个概念很重要,那就是同步器,同步器可以想象成一种互斥量,当一个线程在进入临界区之前先要获得互斥量,同样,在线程获得同步状态之前也是需要获取到同步器。今天看到《java并发编程的艺术》第五章的时候觉得蛮有收获,所以这一篇算是整理下看书思路。
首先,我们来看一下Lock的接口
public interface Lock { void lock(); boolean tryLock(); void unlock(); Condition newCondition(); }
这个接口只是提供了几个常见的方法,而没有实现,当我们需要使用锁的时候会实现这个接口的lock和unlock方法,在这些方法的实现就是需要用到队列同步器 .AbstractQueuedSynchronizer, AbstractQueuedSynchronizer这个类提供了很多的同步方法,主要可分为三类:
1,状态追踪方法
getState() :获取当前状态
setState(int ):设置当前状态
compareAndSetState(int expect,int update); CAS如果当前是expect值则设置其值为update,CAS具有同步功能,因为它具有volatile的读写特性,保证编译器不会对这一段代码进行重排序
2,独占锁同步
acquire(int arg) 获取锁
acquireInterruptibly(int arg) 中断
tryAcquireNanos(int arg,long nanos) 尝试获取锁,并且如果超时则放弃
boolean release(int arg) 释放锁
3,共享锁同步 共享锁和独占所方法解释差不多,只是共享锁能够同时让多个线程执行,独占锁只能单独的线程获取同步状态后执行,其余线程会进入等待队列
acquireShared(int arg)
acquireSharedInterruptibly(int arg)
tryAcqiuireSharedNanos(int arg,long nanos)
boolean releaseShared(int arg);
AbstractQueuedSynchronizer这个同步队列在很多的并行类或者容器中都能看到身影,因为它是负责很多的同步处理的关键,一个线程在进入临界区之前需要执行acquire方法获得同步机会,而acquire方法先要tryAcquire()如果能够获取则进入执行,如果不能获取则进入等待队列(acquire有比较复杂的方法使得进入等待队列能够实现同步,而且保持FIFO的算法)。
我们可以自定义自己的锁和同步器,通过继承AbstractQueuedSynchronizer这个类实现自己的同步器,而因为AbstractQueuedSynchronizer的acquire和release方法的都要执行tryAcquire和tryRelease方法,因此我们只需要重写这两个方法就能实现自定义的同步算法。
首先,我们来实现一个自定义的独占锁
package com.luchi.concurrencyImpl; import java.util.concurrent.TimeUnit; import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; public class Mutex implements Lock{ //自定义内部类同步器 private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer{ @Override protected boolean isHeldExclusively(){ return getState()==1; } @Override public boolean tryAcquire(int acquires){ if(compareAndSetState(0, 1)){ setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); return true; } return false; } @Override public boolean tryRelease(int release){ if(getState()==0){ throw new IllegalMonitorStateException(); } setExclusiveOwnerThread(null); setState(0); return true; } Condition newCondition(){return new ConditionObject();} } private final Sync sync=new Sync(); @Override public void lock() { // TODO Auto-generated method stub sync.acquire(1); } @Override public void unlock() { // TODO Auto-generated method stub sync.release(1); } @Override public void lockInterruptibly() throws InterruptedException { // TODO Auto-generated method stub sync.acquireInterruptibly(1); } @Override public boolean tryLock() { // TODO Auto-generated method stub return sync.tryAcquire(1); } @Override public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException { // TODO Auto-generated method stub return sync.tryAcquireNanos(1,unit.toNanos(time)); } @Override public Condition newCondition() { // TODO Auto-generated method stub return sync.newCondition(); } }
接着我们来定义一段共享锁
package com.luchi.concurrencyImpl; import java.util.concurrent.TimeUnit; import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer; import java.util.concurrent.locks.Condition; import java.util.concurrent.locks.Lock; public class TwinsLock implements Lock{ private final Sync sync=new Sync(2); //自定义队列同步器 private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer{ //初始化队列同步器的 Sync(int count){ if(count<=0){ throw new IllegalArgumentException("count must larger than zero"); } setState(count); } @Override public int tryAcquireShared(int reduceCount){ while(true){ int current=getState(); int newCount=current-reduceCount; if(newCount<0 || compareAndSetState(current,newCount)){ return newCount; } } } @Override public boolean tryReleaseShared(int returnCount){ while(true){ int current=getState(); int newCount=current+returnCount; if(compareAndSetState(current, newCount)){ return true; } } } } @Override public void lock() { // TODO Auto-generated method stub sync.acquireShared(1); } @Override public void lockInterruptibly() throws InterruptedException { // TODO Auto-generated method stub } @Override public boolean tryLock() { // TODO Auto-generated method stub return false; } @Override public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException { // TODO Auto-generated method stub return false; } @Override public void unlock() { // TODO Auto-generated method stub sync.releaseShared(1); } @Override public Condition newCondition() { // TODO Auto-generated method stub return null; } }
可以看到,无论是共享锁合适独占锁,在自定义的时候只需要重写tryAcquire(或者tryAcquireShare)方法和tryRelease(或者tryReleaseShared)方法即可,独占锁因为“互斥量”为1所以不需要初始化,共享锁则可以自定义互斥量的多少,也就是定义多少个线程能够同时进入同步区。
另外我们也可以看到,锁和同步器的分离降低了两者之间的耦合度,也方便程序开发人员进行模块化定义和分工,这符合软件工程的思维
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