Java多线程Day20-JUC锁之非公平锁

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2022-11-04 14:26 257阅读 0赞

### 非公平锁 ###

*  基本概念
 *  获取非公平锁
 *   *  lock
     *  acquire
     *   *  tryAcquire
         *   *  nonfairTryAcquire
 *  释放非公平锁
 *   *  unlock
     *  release
     *   *  tryRelease
         *  unparkSuccessor
 *  总结

# 基本概念 #

*  非公平锁和公平锁在获取锁的方法上,流程是一样的,区别在与获取锁的机制不同
    
     *  非公平锁在每次尝试获取锁时,采用的是非公平策略,无视等待队列,直接尝试获取锁,如果锁是空闲的,即可获取锁的状态,则获取锁
     *  公平锁在每次尝试获取锁时,采用的是公平策略,根据等待队列依次排序等待获取锁

# 获取非公平锁 #

## lock ##

*  **lock()** 在**ReentrantLock**的**NonfairSync**类中实现:

final void lock() { 
                if (compareAndSetState(0, 1))
                    setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                else
                    acquire(1);
            }

*  **lock()** 方法首先通过调用**compareAndSetState(0, 1)** 来判断锁是否为空闲状态
    
     *  如果是空闲状态,当前线程可以直接获取锁
     *  如果不是空闲状态,则通过调用**acquire(1)** 获取锁
        
         *  **compareAndSet()** 是**CAS**函数,作用是比较并设置当前锁的状态
 *  **setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread())** 的作用是设置当前线程为锁的持有者
 *  **公平锁的lock()方法和非公平锁lock()方法的比较:**
    
     *  公平锁的**lock()** 方法中直接调用**acquire(1)** 方法获取锁
     *  非公平锁的**lock()** 方法会首先判断当前锁的状态是否为空闲状态,如果是空闲状态,直接获取锁

## acquire ##

*  **acquire()** 在**AQS**中实现:

public final void acquire(int arg) { 
            if (!tryAcquire(arg) &&
                acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
                selfInterrupt();
        }

*  当前线程首先通过**tryAcquire()** 尝试获取锁,如果获取成功,直接返回. 如果获取失败,则进入到等待队列依次排序,然后获取锁
 *  当前线程在尝试失败的情况下,会通过**addWaiter(Node.EXCLUSIVE)** 将当前线程加入到非阻塞的**FIFO**队列**CLH**队列的
 *  调用**acquireQueued()** 方法获取锁:
    
     *  当前线程会等待CLH队列中前面的所有线程执行并释放锁之后,才能获取锁并返回
     *  如果当前线程在等待过程中被中断过,会调用**selfInterrupt()** 自己产生一个中断
 *  **公平锁的acquire()方法和非公平锁的acquire()方法的比较:**
    
     *  公平锁和非公平锁只有**tryAcquire()** 方法的实现不相同,也就是尝试获取锁的机制不同,即获取锁的策略不同

### tryAcquire ###

*  非公平锁的**tryAcquire()** 在**ReentrantLock**类中的**NonfairSync**类中实现:

protected final boolean tryAcquire(int acquires) { 
              return nonfairTryAcquire(acquires);
          }

*  **公平锁的tryAcquire()方法和非公平锁的tryAcquire()方法的比较:**
    
     *  公平锁的**tryAcquire()** 方法尝试获取锁时,即使锁没有被任何线程所持有,也会判断当前线程是否在**CLH**队列的表头,只有当前线程在**CLH**队列的表头时,才会获取锁
     *  非公平锁的**tryAcquire()** 方法尝试获取锁时,只要锁没有被任何线程所持有,就会直接获取锁

#### nonfairTryAcquire ####

*  **nonfairTryAcquire()** 在**ReentrantLock**类的**Sync**类中实现:

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { 
    			// 获取当前线程
                final Thread current = Thread.currentThread();
                // 获取锁的状态
                int c = getState();
                if (c == 0) { 
                	/* * c == 0表示锁没有被任何线程所持有 * 如果锁没有被任何线程锁持有,则通过CAS函数设置锁的状态为acquires * 同时,设置当前线程为锁的持有者 */
                    if (compareAndSetState(0, acquires)) { 
                        setExclusiveOwnerThread(current);
                        return true;
                    }
                }
                else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { 
                	// 如果锁已经被当前线程锁持有,那么更新锁的状态
                    int nextc = c + acquires;
                    if (nextc < 0) // overflow
                        throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                    setState(nextc);
                    return true;
                }
                return false;
            }

*  **nonfairTryAcquire()** 的作用就是尝试获取锁:
    
     *  如果锁没有被任何线程所持有,那么就通过**CAS**函数设置锁的状态为**acquires,** 同时设置当前线程为锁的持有者,返回**true**
     *  如果锁的持有者是当前线程,则更新锁的状态,返回**true**
     *  如果不属于以上两种情况,则尝试获取锁失败,返回**false**

# 释放非公平锁 #

## unlock ##

*  **unlock()** 在**ReentrantLock**中实现:

public void unlock() { 
    	sync.release(1);
    }

*  **unlock()** 是释放锁函数,是通过**AQS**中的**release()** 函数实现的
 *  **1**的含义: 锁的状态的参数
    
     *  对于独占锁来说,当锁处于可获取状态时,状态值为**0**
     *  对于独占锁来说,当锁初次被线程获取到时,状态值为**1**
 *  因为公平锁是可重入锁,对于同一个线程,每次释放锁,锁的状态就会减**1**

## release ##

*  **release()** 在**AQS**中实现:

public final boolean release(int arg) { 
            if (tryRelease(arg)) { 
                Node h = head;
                if (h != null && h.waitStatus != 0)
                    unparkSuccessor(h);
                return true;
            }
            return false;
        }

*  **release()** 中首先会调用**tryRelease()** 尝试释放当前线程持有的锁. 如果成功,则唤醒后继等待的线程,并且返回**true.** 如果失败,则返回**false**

### tryRelease ###

*  tryRelease() 在ReentrantLock类中的Sync类中实现:

protected final boolean tryRelease(int releases) { 
    			// 定义释放锁之后的状态
                int c = getState() - releases;
                // 如果当前线程不是锁的持有者,则抛出异常
                if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                    throw new IllegalMonitorStateException();
                boolean free = false;
                if (c == 0) { 
                	// 如果当前锁已经被当前线程释放,则设置锁的持有者为null.此时锁是可获取状态
                    free = true;
                    setExclusiveOwnerThread(null);
                }
                // 设置释放锁之后的当前线程的锁的状态
                setState(c);
                return free;
            }

*  **tryRelease()** 的作用是尝试释放当前锁
    
     *  如果当前线程不是锁的持有者,则抛出异常
     *  在当前线程释放锁操作之后,当前线程对锁的拥有状态为**0,** 此时当前线程彻底释放该锁.设置锁的持有者为**null,** 这是锁即为可获取状态,同时更新当前线程的锁的状态为**0**

### unparkSuccessor ###

*  在**release()** 中当前线程释放锁成功之后,会唤醒当前线程的后继线程
 *  根据**CLH**队列的先入先出**FIFO**原则,当前线程必然是头结点**head,** 如果**CLH**队列非空,则唤醒下一个等待线程

private void unparkSuccessor(Node node) { 
            // 获取当前线程的状态
            int ws = node.waitStatus;
            if (ws < 0)
            	// 如果状态为负,则设置状态值为0
                compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
    
            /* * 获取当前节点的有效的后继节点 * 如果是无效的节点,则使用for循环从尾部开始寻找 * 这里的有效是指后继节点对应的状态的 */
            
            Node s = node.next;
            if (s == null || s.waitStatus > 0) { 
                s = null;
                for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
                    if (t.waitStatus <= 0)
                        s = t;
            }
            // 唤醒后继节点对应的线程
            if (s != null)
                LockSupport.unpark(s.thread);
        }

*  **unparkSuccessor()** 的作用的是唤醒当前线程的后继线程
 *  后继线程唤醒之后,就可以继续获取锁并恢复运行

# 总结 #

*  公平锁和非公平锁的区别在于获取锁的机制的不同:
    
     *  公平锁在尝试获取锁时,只有当前线程在**CLH**等待队列的表头,才会获取锁
     *  非公平所在尝试获取锁时,只要锁处于空闲状态,未被其余线程所持有,则直接获取锁,不考虑当前线程在**CLH**等待队列的顺序