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TrueBrian 写道有个问题,Sample 1中,为了控制 ...
What's New on Java 7 Phaser -
龘龘龘:
楼主总结的不错。
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TrueBrian:
有个问题,Sample 1中,为了控制线程的启动时机,博主实际 ...
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liguanqun811:
不知道楼主是否对zookeeper实现的分布式锁进行过性能测试 ...
Distributed Lock -
hobitton:
mysql的get lock有版本限制,否则get lock可 ...
Distributed Lock
Inside AbstractQueuedSynchronizer (1)
Inside AbstractQueuedSynchronizer (2)
Inside AbstractQueuedSynchronizer (3)
Inside AbstractQueuedSynchronizer (4)
3 AbstractQueuedSynchronizer
3.1 Inheritance
AbstractQueuedSynchronizer继承自AbstractOwnableSynchronizer。AbstractOwnableSynchronizer继承自Object并且实现了Serializable接口,它只有一个成员变量private transient Thread exclusiveOwnerThread以及对应的getter/setter方法。该成员变量用于保存当前拥有排他访问权的线程。需要注意的是,该成员变量没有用volatile关键字修饰。
3.2 State
AbstractQueuedSynchronizer用一个int(private volatile int state)来保存同步状态,以及对应的getter/setter/compareAndSetState方法。Java6新增了一个AbstractQueuedLongSynchronizer,它用一个long来保存同步状态,貌似目前没有被java.util.concurrent中的其它synchronizer所使用。对于ReentrantLock,state为0则意味着锁没有被任何线程持有;否则state保存了持有锁的线程的重入次数。
3.3 WaitQueue
WaitQueue是AbstractQueuedSynchronizer的核心,它用于保存被阻塞的线程。它的实现是"CLH" (Craig, Landin, and Hagersten) lock queue的一个变种。
标准的CLH lock queue通常被用来实现spin lock,它通过TheadLocal变量pred引用队列中的前一个节点(Node本身没有指向前后节点的引用),以下是标准的CLH lock queue的一个参考实现:
public class ClhSpinLock { private final ThreadLocal<Node> pred; private final ThreadLocal<Node> node; private final AtomicReference<Node> tail = new AtomicReference<Node>(new Node()); public ClhSpinLock() { this.node = new ThreadLocal<Node>() { protected Node initialValue() { return new Node(); } }; this.pred = new ThreadLocal<Node>() { protected Node initialValue() { return null; } }; } public void lock() { final Node node = this.node.get(); node.locked = true; Node pred = this.tail.getAndSet(node); this.pred.set(pred); while (pred.locked) {} } public void unlock() { final Node node = this.node.get(); node.locked = false; this.node.set(this.pred.get()); } private static class Node { private volatile boolean locked; } }
其逻辑并不复杂:对于lock操作,只需要通过一个CAS操作即可将当前线程对应的节点加入到队列中,并且同时获得了predecessor节点的引用,然后就是等待predecessor释放锁;对于unlock操作,只需要将当前线程对应节点的locked成员变量设置为false。unlock方法中的this.node.set(this.pred.get())主要目的是重用predecessor上的Node对象,这是对GC友好的一个优化。如果不考虑这个优化,那么this.node.set(new Node())也是可以的。跟那些TAS(test and set) spin lock和TTAS(test test and set) spin lock相比,CLH spin lock主要是解决了cache-coherence traffic的问题:每个线程在busy loop的时候,并没有竞争同一个状态,而是只判断其对应predecessor的锁定状态。如果你担心false sharing问题,那么可以考虑将锁定状态padding到cache line的长度。此外,CLH spin lock通过FIFO的队列保证了锁竞争的公平性。
AbstractQueuedSynchronizer的静态内部类Node维护了一个FIFO的等待队列。跟CLH不同的是,Node中包含了指向predecessor和sucessor的引用。predecessor引用的作用是为了支持锁等待超时(timeout)和锁等待回退(cancellation)的功能。sucessor的作用是为了支持线程阻塞:在Inside AbstractQueuedSynchronizer (1) 中提到过,AbstractQueuedSynchronizer通过LockSupport实现了线程的block/unblock,因此需要通过successor引用找到后续的线程并将其唤醒(CLH spin lock因为是spin,所以不需要显式地唤醒)。此外,Node中还包括一个volatile int waitStatus成员变量用于控制线程的阻塞/唤醒,以及避免不必要的调用LockSupport的park/unpark方法。需要注意的是,虽然AbstractQueuedSynchronizer在绝大多数情况下是通过LockSupport进行线程的阻塞/唤醒,但是在特定情况下也会使用spin lock,static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L这个静态变量设定了使用spin lock的一个阈值。
对WaitQueue进行enqueue操作相关的代码如下:
private Node addWaiter(Node mode) { Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure Node pred = tail; if (pred != null) { node.prev = pred; if (compareAndSetTail(pred, node)) { pred.next = node; return node; } } enq(node); return node; } private Node enq(final Node node) { for (;;) { Node t = tail; if (t == null) { // Must initialize if (compareAndSetHead(new Node())) tail = head; } else { node.prev = t; if (compareAndSetTail(t, node)) { t.next = node; return t; } } } }
addWaiter方法中的那个if分支,其实是一种优化,如果失败那么会调用enq方法进行enqueue。需要注意的是,以上代码中对next引用的设定是在enqueue成功之后进行的。这样做虽然没有并发问题,但是在判断一个node是否有sucessor时,不能仅仅通过next == null来判断,因为enqueue和设置next引用这两个步骤不是一个原子操作。
对WaitQueue进行dequeue操作相关的代码如下:
private void setHead(Node node) { head = node; node.thread = null; node.prev = null; }
setHead方法没有用到锁,也没有使用CAS,这样没有并发问题?没有,因为这个方法只会被持有锁的线程所调用,此时只需要将head指向持有锁的线程对应的node即可。
评论
但是有一点不太理解,请问ClhSpinLock中的ThreadLocal<Node> pred有什么作用呢?
在lock时可以通过tail来获取前任节点,然后判断其状态来决定是否自选等待,那为什么还需要一个本地线程的pred来储存前任节点呢?在unlock时,只需要将当前节点的locked状态修改为false就可以释放后继结点,this.node.set(this.pred.get()); 貌似没有实质性的作用呀?
和 lixieinstein 的想法一致,感觉用AtomicReference<Node> pred, 就行了,连ThreadLocal<Node> node都没必要吧? 这样锁的实现应该不可以重入。
谢谢回复,:D ,不可以重入,如果要重入就要判断当前线程是否持锁线程,然后还要对加锁次数和释放锁次数进行操作。这个例子让我对CLH队列有了很好的理解,呵呵
但是有一点不太理解,请问ClhSpinLock中的ThreadLocal<Node> pred有什么作用呢?
在lock时可以通过tail来获取前任节点,然后判断其状态来决定是否自选等待,那为什么还需要一个本地线程的pred来储存前任节点呢?在unlock时,只需要将当前节点的locked状态修改为false就可以释放后继结点,this.node.set(this.pred.get()); 貌似没有实质性的作用呀?
和 lixieinstein 的想法一致,感觉用AtomicReference<Node> pred, 就行了,连ThreadLocal<Node> node都没必要吧? 这样锁的实现应该不可以重入。
但是有一点不太理解,请问ClhSpinLock中的ThreadLocal<Node> pred有什么作用呢?
在lock时可以通过tail来获取前任节点,然后判断其状态来决定是否自选等待,那为什么还需要一个本地线程的pred来储存前任节点呢?在unlock时,只需要将当前节点的locked状态修改为false就可以释放后继结点,this.node.set(this.pred.get()); 貌似没有实质性的作用呀?
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