Java高并发编程实战6，通过AQS源码分析lock()锁机制

目录

• • 一、JVM内存区域
  • 二、JVM内存模型（Java Memory Model，简称JMM）
  • 三、各个线程运行期间必须遵守的规定
  • 四、wait与notify
  • 五、tryLock
  • • 1、代码实例
    • 2、lock()和tryLock()有何不同？
  • 六、AQS源码分析
  • • 1、state
    • 2、访问state的方法
    • 3、加锁方式
    • 4、独占方式的加锁与解锁
    • 5、共享方式的加锁与解锁
    • 6、CountDownLatch
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一、JVM内存区域

JVM在运行时，会将其管理的内存区域划分为方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器5个区域；

• 方法区和堆是所有下城共享的区域；
• 虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是各个线程私有的；

二、JVM内存模型（Java Memory Model，简称JMM）

JMM用于定义程序汇总变量的访问规则，即在JVM中如何将变量存储到内存，以及如何从内存中获取变量（此处变量指所有线程共享的变量）。

与JVM内存区域不同，JMM是从另一个角度对内存进行划分，分为主内存和工作内存。

JMM规定所有的变量都存储在主内存中，每个线程还拥有自己独立的工作内存。主内存中的变量会通过复制的方式留给线程的工作内存一个副本，供各个线程独立使用。 线程对变量的所有读写操作都是在工作内存中进行的，工作内存中的副本变量会通过JMM与主内存中的原变量保持同步。

三、各个线程运行期间必须遵守的规定

1. 只能方案文自己工作内存中的变量；
2. 无法直接访问其他线程工作内存中的变量；
3. 可以通过主内粗间接访问其他线程工作内存中的变量；

四、wait与notify

多个线程在争夺同一个资源时，为了让这些线程协同工作、提高CPU利用率，可以让线程之间进行沟通，具体可以通过wait()和notify()实现。

1. wait()：使当前线程处于等待状态，即阻塞，直到其它线程调用此对象的notify()方法；
2. notify()：唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，如果有多个线程同时在监视器上等待，则随机唤醒一个；
3. notifyAll()：唤醒在此对象监视器上等待的所有线程；

使用时需要注意几点：

1. 三个方法都是Object()类中定义的native方法，而不是thread类提供的，这是因为Java提供的类是对象级的，而不是线程级的；
2. 这三个方法都必须在synchronized修饰的方法或代码块中使用，否则会抛出异常；
3. 使用wait()时，为了避免并发带来的问题，通常建议将wait()方法写在循环的内部。

五、tryLock

tryLock的意思是，当一个线程尝试加锁失败后，会再次请求，持续一段时间，如果一直失败则放弃加锁。

1、代码实例

package com.guor.demo.thread;import java.util.concurrent.TimeUnit;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class TryLockTest extends Thread{    Lock lock = new ReentrantLock();    @Override    public void run() { // 获取线程名称 String threadName = Thread.currentThread().getName(); boolean isLocked = false; try {     // 在2秒内尝试加锁     isLocked = lock.tryLock(2, TimeUnit.SECONDS);     // 加锁成功     if(isLocked){ Thread.sleep(1000);  System.out.println(threadName+"加锁成功");     }else {  System.out.println(threadName+"加锁失败");     } } catch (InterruptedException e) {     System.out.println(threadName+"tryLock 异常："+e); }finally {     if(isLocked){  lock.unlock();  System.out.println(threadName+"解锁");     } }    }    public static void main(String[] args) { TryLockTest thread1 = new TryLockTest(); TryLockTest thread2 = new TryLockTest(); thread1.setName("线程1"); thread2.setName("线程2"); thread1.start(); thread2.start();    }}

2、lock()和tryLock()有何不同？

• lock()：尝试获取锁，如果锁被占用则等待；
• tryLock()：尝试获取锁，如果锁被占用则返回false，则不再等待，如果锁未被占用，则立刻获取锁，并返回true；
• tryLock(long time, TimeUnit unit)：在tryLock()的基础上，如果锁被占用，则会在一段时间内不断地尝试获取锁，直至成功获取锁；
• lockInterruptibly()：一个线程加锁之后，其它线程因为无法获取锁而导致的等待状态可以被中断；

六、AQS源码分析

1、state

在AQS中维护着一个表示共享资源加锁情况的变量 volatile int state，以及一个FIFO的线程阻塞队列（称为CLH队列）。当多个线程并发访问共享资源时，如果共享资源已经被某个线程加了锁，那么其它线程在访问此共享资源时就会加入CLH队列。

state表示共享资源被线程加锁的次数。

当state的值为1时，就表示共享资源被某个线程加了一次锁；
当state的值为0时，表示共享资源没有被加锁，随时可以访问；

2、访问state的方法

1. int getState()，获取state值；
2. void setState(int newState)，设置state值；
3. compareAndSetState(int expect,int update)，使用哪个CAS算法，设置state值；

3、加锁方式

1. Exclusive：独占方式，同一时间内只能有一个线程访问资源，如ReentrantLock采用的是独占方式；
2. Share：共享方式，同一时间内允许多个线程并发访问资源，如CountDownLatch采用的就是共享方式；

4、独占方式的加锁与解锁

1. boolean tryAcquire(int arg)：尝试获取资源，如果成功，就给该资源加arg个锁，并独占该资源；
2. boolean tryRelease(int arg)：尝试释放资源，如果成功，就释放该资源的arg个锁；
3. boolean isHeldExclusively()：判断当前线程，是否正在独占共享资源；

例如ReentrantLock的state初始值为0，当某个线程调用lock()方法时，lock()就会在底层触发tryAcquire(1)，把该资源的state修改为1，表示该资源加了一把锁，之后就可以独占使用该资源，之后再调用lock()就会失败并进入阻塞状态（因为ReentrantLock是独占方式，同一时间只能被一个线程加锁），只有在该线程调用哪个unlock()的时候，会在底层触发tryRelease(1)将state的值变为0，也就是释放锁。

5、共享方式的加锁与解锁

（1）int tryAcquireShared(int arg)

1. 尝试给太资源加arg个共享锁，并访问该资源；
2. 返回负数：加锁失败，当前线程进入CLH等待；
3. 返回0：当前线程加锁成功，但后续其它线程无法再加共享锁；
4. 返回整数：当前线程加锁成功，并且后续线程也可以再加共享锁；

（2）tryReleaseShared(int arg)

尝试释放该资源的arg个锁。

6、CountDownLatch

CountDownLatch的构造方法CountDownLatch(int count)可以将state的初始值设置为count，并交给count个线程去并发执行，于此同时，主线程进入阻塞状态。当每个子线程执行完毕后，都会调用一次countDown()，countDown()会在底层调用tryReleaseShared(1)，即把state减1。

因此，当所有子线程全部执行完毕后，state的值就会变为0，此时唤醒主线程，从而实现了闭锁功能。

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