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Java鎖和并發(fā)需要結(jié)合在一塊了理解，涉及到了多個話題。
本文主要參考了?http://ifeve.com/java_lock_see1/?但是我認為原文中有某些錯誤，我在下面的代碼中做了修改。
公平鎖和非公平鎖。
所謂公平鎖，就是多個線程解鎖的順序與進入鎖的順序一樣，即誰先鎖，誰就先解鎖。反之則是非公平鎖。例如ReentrantLock中就有公平與非公平兩種鎖實現(xiàn)，默認是非公平鎖。
public?ReentrantLock()?{
sync?=?new?NonfairSync();
}
下面討論幾種鎖：
1 自旋鎖。所謂自旋，就是在一個循環(huán)中處理。例如：
//AtomicInteger
public?final?int?getAndIncrement()?{
for?(;;)?{
int?current?=?get();
int?next?=?current?+?1;
if?(compareAndSet(current,?next))
return?current;
}
}
//AtomicReference
public?final?V?getAndSet(V?newValue)?{
while?(true)?{
V?x?=?get();
if?(compareAndSet(x,?newValue))
return?x;
}
}
/**
*?自旋鎖，會不停地在循環(huán)中獲取值，這種方式會耗盡CPU。
*?原子類中很多方法都采用了類似的循環(huán)方法，這種方法我覺得適用于執(zhí)行時間很短的操作。
*?例如在原子類中getAndDecrement等方法，都是采用了循環(huán)的方式取值，這種操作雖然用了循環(huán)，但是每次操作瞬間完成，總體上講應該不會特別耗費CPU資源。
*
*
*?總之不能讓線程中的代碼長時間在一個什么都不做的循環(huán)中，例如while(true){}，不然CPU資源會被耗盡。
*
*?@author?zhaoxp
*
*/
public?class?SpinLock?{
private?AtomicReference?sign?=new?AtomicReference<>();
public?void?lock(){
Thread?current?=?Thread.currentThread();
while(!sign?.compareAndSet(null,?current)){
}
}
public?void?unlock?(){
Thread?current?=?Thread.currentThread();
sign?.compareAndSet(current,?null);
}
}
自旋的問題在一直在執(zhí)行循環(huán)，這樣會導致CPU使用率高的問題。在windows的服務器上實測，開啟50個線程(線程數(shù)量超過CPU的核數(shù))，會導致每個CPU核都達到100%的使用率，所以這就意味著這種方法不是一個可用的方法，尤其并發(fā)任務重的時候。
同樣的場景，如果使用ReentrantLock的話，CPU是很低的，所以ReentrantLock是一個很好的選擇。
當時對于SpinLock，如果在lock的循環(huán)中加入Thread.sleep(1000)的話，運行時CPU很低，所以如果沒有時效性要求，那么自旋的方式還是可以使用。
另外還有三種自旋鎖：TicketLock,CLHLock,MCSLock。
import?java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public?class?TicketLock?{
private?AtomicInteger?????????????????????serviceNum?=?new?AtomicInteger();
private?AtomicInteger?????????????????????ticketNum??=?new?AtomicInteger();
private?static?final?ThreadLocal?LOCAL??????=?new?ThreadLocal();
public?void?lock()?{
int?myticket?=?ticketNum.getAndIncrement();
LOCAL.set(myticket);
while?(myticket?!=?serviceNum.get())?{
}
}
public?void?unlock()?{
int?myticket?=?LOCAL.get();
serviceNum.compareAndSet(myticket,?myticket?+?1);
}
}
import?java.util.concurrent.atomic.AtomicReferenceFieldUpdater;
public?class?CLHLock?{
public?static?class?CLHNode?{
private?volatile?boolean?isLocked?=?true;
}
@SuppressWarnings("unused")
private?volatile?CLHNode???????????????????????????????????????????tail;
private?static?final?ThreadLocal??????????????????????????LOCAL???=?new?ThreadLocal();
private?static?final?AtomicReferenceFieldUpdater?UPDATER?=?AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(CLHLock.class,CLHNode.class,?"tail");
public?void?lock()?{
CLHNode?node?=?new?CLHNode();
LOCAL.set(node);
CLHNode?preNode?=?UPDATER.getAndSet(this,?node);
if?(preNode?!=?null)?{
//preNode==null?means?it?is?first?node;
while?(preNode.isLocked)?{//?the?other?threads?all?stopped?here
//并發(fā)操作的線程都將運行在這段代碼，它是非常耗費CPU資源的操作。
}
preNode?=?null;
LOCAL.set(node);
}
}
public?void?unlock()?{
CLHNode?node?=?LOCAL.get();
if?(!UPDATER.compareAndSet(this,?node,?null))?{
//這個if判斷的作用是：如果只有一個lock操作，那么if中的判斷應該為false，同時它意味著沒有并發(fā)。
//如果同時有多于一個lock操作，那么if將返回true，則執(zhí)行if中的操作。同時它表示有并發(fā)。
node.isLocked?=?false;
}
node?=?null;
}
}
import?java.util.concurrent.atomic.AtomicReferenceFieldUpdater;
public?class?MCSLock?{
public?static?class?MCSNode?{
volatile?MCSNode?next;
volatile?boolean?isLocked?=?true;
}
private?static?final?ThreadLocal??????????????????????????NODE????=?new?ThreadLocal();
@SuppressWarnings("unused")
private?volatile?MCSNode???????????????????????????????????????????queue;
private?static?final?AtomicReferenceFieldUpdater?UPDATER?=?AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(MCSLock.class,MCSNode.class,?"queue");
public?void?lock()?{
MCSNode?currentNode?=?new?MCSNode();
NODE.set(currentNode);
MCSNode?preNode?=?UPDATER.getAndSet(this,?currentNode);
if?(preNode?!=?null)?{
preNode.next?=?currentNode;
while?(currentNode.isLocked)?{
}
}
}
public?void?unlock()?{
MCSNode?currentNode?=?NODE.get();
if?(currentNode.next?==?null)?{
if?(UPDATER.compareAndSet(this,?currentNode,?null))?{
//最后一個node，并且在操作時再也沒有追加node
}?else?{
//最后一個node，但是在操作時追加node
while?(currentNode.next?==?null)?{
//等待后追加的node做preNode.next=node的操作。也就是等待后追加的node設置當前node的next?node值。
}
}
}?else?{
currentNode.isLocked?=?false;
currentNode.next?=?null;
}
}
}
這三種自旋鎖的具體實現(xiàn)中，雖然代碼上沒有鏈表或者隊列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但是實際從本質(zhì)上講，它們就是鏈表或者隊列的結(jié)構(gòu)。通過ThreadLocal等的精巧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。
這里的鏈表的實現(xiàn)，關鍵在于：
<1> 使用了原子類中的getAndSet方法，這個實現(xiàn)了線程安全的得到老值，設置新值。
<2> 使用了ThreadLocal保存getAndSet中得到的老值。
2 阻塞鎖。基于上面提到的CLHLock鎖，與之不同的是，它使得線程的狀態(tài)發(fā)生變化，因為使用了LockSupport.park(this);和LockSupport.unpark(node.isLocked)的方法。
還有，我理解的synchronized語句，其實也是起到了阻塞鎖的作用。
import?java.util.concurrent.atomic.AtomicReferenceFieldUpdater;
import?java.util.concurrent.locks.LockSupport;
public?class?CLHLock1?{
public?static?class?CLHNode?{
private?volatile?Thread?isLocked;
}
@SuppressWarnings("unused")
private?volatile?CLHNode????????????????????????????????????????????tail;
private?static?final?ThreadLocal???????????????????????????LOCAL???=?new?ThreadLocal();
private?static?final?AtomicReferenceFieldUpdater?UPDATER?=?AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(CLHLock1.class,CLHNode.class,?"tail");
public?void?lock()?{
CLHNode?node?=?new?CLHNode();
LOCAL.set(node);
CLHNode?preNode?=?UPDATER.getAndSet(this,?node);
if?(preNode?!=?null)?{
preNode.isLocked?=?Thread.currentThread();
LockSupport.park(preNode.isLocked);//降低CPU使用率
preNode?=?null;
LOCAL.set(node);
}
}
public?void?unlock()?{
CLHNode?node?=?LOCAL.get();
if?(!UPDATER.compareAndSet(this,?node,?null))?{
System.out.println("unlock\t"?+?node.isLocked.getName());
LockSupport.unpark(node.isLocked);//降低CPU使用率
}
node?=?null;
}
}
3 可重入鎖，也叫遞歸鎖。“指的是同一線程 外層函數(shù)獲得鎖之后 ，內(nèi)層遞歸函數(shù)仍然有獲取該鎖的代碼，但不受影響。”
比如CLHLock中，如果做兩次 lock.lock()操作，即使有兩次unlock操作，程序依然有問題將進入死循環(huán)。
在JAVA環(huán)境下 ReentrantLock 和synchronized 都是 可重入鎖。
修改CLHLock，將它改進為可重入鎖：
public?class?SpinLock1?{
private?AtomicReference?owner?=new?AtomicReference<>();
private?int?count?=0;
public?void?lock(){
Thread?current?=?Thread.currentThread();
if(current==owner.get())?{
count++;
return?;
}
while(!owner.compareAndSet(null,?current)){
}
}
public?void?unlock?(){
Thread?current?=?Thread.currentThread();
if(current==owner.get()){
if(count!=0){
count--;
}else{
owner.compareAndSet(current,?null);
}
}
}
}
綜合來說，各種鎖都有其用處。
1 對于高并發(fā)，要使用可重入鎖，推薦ReentrantLock。
2 自旋鎖可以進行擴展來實現(xiàn)更多功能功能。比如在等待中加入其它操作。這個值得再思考。
3 以后想起再補充吧。
總結(jié)
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