java park/unpark 【java并发】基于JUC CAS原理,自己实现简单独占锁

LockSupport.park();  停止
System.out.println("======"); 

为阻塞线程提供基础的功能，它由一对park和unpark组成，park会阻塞当前线程，unpark“唤醒”等待线程；内部使用了类似信号量的“许可”机制，该许可为0，park会在许可等于0的时候下阻塞，等于1的时候立即返回，并且将许可减为0，umpark会尝试唤醒线程，并且将许可+1（最大值就是1）。因此，如果先调用unpark方法，再调用park是无效的


  unpark /patk 成对出现
synchronized的基本原理回顾
在jvm内部，所有对象都含有单一的锁，jvm负责跟踪监视被加锁次数,叫做对象监视器。当线程第一次给对象加锁的时候，计数器会加1，离开时会减1.同样任务是可重入的，每次重入也是加1，离开减1. 
synchronized是独占式的，拿到对象锁才能继续，没有获取到锁就会阻塞。
JUC CAS乐观锁基本原理
synchronized就是一种独占锁，会导致其它所有需要锁的线程挂起，等待持有锁的线程释放锁。
乐观锁就是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试。
原理有点类似于在数据库记录字段增加一个版本号，每次更新的时候做两个事情：
1.检查数据库记录当前的版本号和读取到的版本号是否一致，不一致说明数据已不是最新，更新失败需要重试.
2.如果版本号一致，更新成功，同时将版本号加1.
在jdk1.5开始，Doug Lea在JUC类库里提供了类似的乐观锁的机制叫CAS.
CAS简介:compareAndSet的意思，就是先比较是否是期望值(是期望值，说明没人更改过，当然也有可能有ABA情况),如果是再设值，不是就设值失败，线程阻塞。如果是基于这个，就要保证比较和设值这两个动作是原子性的，如何保证呢？这个是借助于JNI，利用CPU硬件支持来完成的。利用硬件提供swap和test_and_set指令，单CPU下同一指令的多个指令周期不可中断，SMP中通过锁总线支持这两个指令的原子性。

volilate关键字
Java语言规范允许线程保存共享成员变量的私有拷贝，当线程进入或者离开同步代码块时才与共享成员变量的原始值对比。这样就延伸出可见性的一个问题。
CAS解决了比较和更新的原子性，但是还有另外一个问题就是要保证可见性。Volatile修饰的成员变量在每次被线程访问时，都强迫从共享内存中重读该成员变量的值。而且，当成员变量发生变化时，强迫线程将变化值回写到共享内存。这样在任何时刻，两个不同的线程总是看到某个成员变量的同一个值。
volatile关键字有两层含义：
1.对于这个成员变量不能保存它的私有拷贝，而应直接与共享成员变量交互。
2.volatile前后的代码不能重排

其他话题
volilate和cas只能乐观锁保证的状态控制的正确，而在设置状态失败的时候，仍然需要阻塞线程。juc里提供了LockSupport的park和unpark方法用于阻塞线程。而不同的场景下需要不同的等待策略和锁共享策略，juc提供了AbstractQueuedSynchronizer（AQS）为基类的一序列不同的锁，底层都是基于CAS、LocakSupport和Queue来管理，后续有时间细细分析。

juc基于的CAS，提供了带有原子性的基本类型封装类，如AtomicInteger、AtomicLong等。
AtomicInteger原理：
如自增：
Java代码 
/**
* Atomically increments by one the current value.
*
* @return the previous value
*/ 
public final int getAndIncrement() { 
    for (;;) { 
        int current = get(); 
        int next = current + 1; 
        if (compareAndSet(current, next))  //cas 
            return current; 
    } 
} 
compareAndSet的实现如下：
Java代码 
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) { 
urn unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update); //JNI调用 
} 



自己实现简单乐观独占锁
基于cas，本人简单实现了一个乐观独占锁，代码如下：

基于CAS简单乐观独占锁

Java代码 
package lock.test; 
 
import java.util.ArrayList; 
import java.util.List; 
import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean; 
import java.util.concurrent.locks.LockSupport; 
 
/**
* 简单乐观独占锁
*/ 
public class OptimisticExclusiveLock { 
 
    /**
     * 独占锁标记 true 锁不可用 false 锁可用
     */ 
    private AtomicBoolean state = new AtomicBoolean(false); 
    List<Thread>          queue = new ArrayList<Thread>();//阻塞队列 
 
    public boolean lock() { 
        if (!state.get()&&state.compareAndSet(false, true)) {//取锁成功不会阻塞，程序会继续执行 
            return true; // 利用CAS 
        } else { 
            queue.add(Thread.currentThread());//加入阻塞队列 
            LockSupport.park();//阻塞线程 
            return false; 
        } 
    } 
 
    public boolean unLock() { 
        if (state.get()) { 
            queue.remove(Thread.currentThread());//从队列里移除 
            if (state.compareAndSet(true, false)) {// 利用CAS 
                if(!queue.isEmpty()){ 
                    LockSupport.unpark(queue.get(0));//唤醒第一个等待线程 
                } 
                return true; 
            } 
            return false; 
        } else { 
            return false; 
        } 
    } 
} 

简单乐观独占锁测试

Java代码 
package lock.test; 
 
/**
* @author Administrator 独占锁测试
*/ 
public class OptimisticExclusiveLockTest { 
 
    public static OptimisticExclusiveLock lock = new OptimisticExclusiveLock(); // 独占锁 
    public static volatile int            i    = 0;                            // 保证可见性 
 
    public class Task implements Runnable { 
 
        @Override 
        public void run() { 
            while (true) { 
                try { 
                    lock.lock();//加锁 
                    i += 2; 
                    System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName() + " i=" + i); 
                } finally { 
                    lock.unLock();//释放锁 
                    try { 
                        Thread.currentThread().sleep(10); 
                    } catch (InterruptedException e) { 
                        // TODO Auto-generated catch block 
                        e.printStackTrace(); 
                    } 
                } 
            } 
        } 
    } 
 
    public void runTask() { 
        for (int i = 0; i < 100; i++) { 
            Thread t = new Thread(new Task(), "thread" + i); 
            t.start(); 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        OptimisticExclusiveLockTest test = new OptimisticExclusiveLockTest(); 
        test.runTask(); 
 
    } 
} 

这里实现的简单乐观独占锁很简单，但是能保证并发性。
JUC里面基于CAS实现了很多的锁，主要是基于AQS实现，如ReentrantLock,CountDownLatch,Semaphore,FutureTask等，适用于不同的锁场景。


     

评论

1 楼 lyaqys 2014-12-30  

lz实现的OptimisticExclusiveLock有点问题哦，
1. List<Thread>  queue = new ArrayList<Thread>();//阻塞队列  不是线程安全的
2. The park method may also return at any other time, for "no reason", so in general must be invoked within a loop that rechecks conditions upon return. In this sense park serves as an optimization of a "busy wait" that does not waste as much time spinning, but must be paired with an unpark to be effective.----park可能无缘无故return，因此要用while包起来。

可以参看LockSupport源码里面给的例子
class FIFOMutex {
   private final AtomicBoolean locked = new AtomicBoolean(false);
   private final Queue<Thread> waiters
     = new ConcurrentLinkedQueue<Thread>();

   public void lock() {
     boolean wasInterrupted = false;
     Thread current = Thread.currentThread();
     waiters.add(current);

     // Block while not first in queue or cannot acquire lock
     while (waiters.peek() != current ||
            !locked.compareAndSet(false, true)) {
        LockSupport.park(this);
        if (Thread.interrupted()) // ignore interrupts while waiting
          wasInterrupted = true;
     }

     waiters.remove();
     if (wasInterrupted)          // reassert interrupt status on exit
        current.interrupt();
   }

   public void unlock() {
     locked.set(false);
     LockSupport.unpark(waiters.peek());
   }
}