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ReentrantLockd的非公平锁lock方法实现源码解析

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//ReetrantLock源码解析:
 Lock lock = new ReentrantLock();
      try {
    	   lock.lock();
    	   ....doSomething
	} finally {
		lock.unlock();
	}
    //先从我们最常用的这个lock()方法开始.从非公平模式来看lock的实现,
    public void lock() {
        sync.lock();  //委托到sync对象实现.
    }
    //sync的实现
      abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;

        //抽象方法主要就是实现它
        abstract void lock();

        /**
         * Performs non-fair tryLock.  tryAcquire is
         * implemented in subclasses, but both need nonfair
         * try for trylock method.
         */
        final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

        protected final boolean tryRelease(int releases) {
            int c = getState() - releases;
            if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            boolean free = false;
            if (c == 0) {
                free = true;
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            setState(c);
            return free;
        }

        protected final boolean isHeldExclusively() {
            // While we must in general read state before owner,
            // we don't need to do so to check if current thread is owner
            return getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
        }

        final ConditionObject newCondition() {
            return new ConditionObject();
        }

        // Methods relayed from outer class

        final Thread getOwner() {
            return getState() == 0 ? null : getExclusiveOwnerThread();
        }

        final int getHoldCount() {
            return isHeldExclusively() ? getState() : 0;
        }

        final boolean isLocked() {
            return getState() != 0;
        }

        /**
         * Reconstitutes this lock instance from a stream.
         * @param s the stream
         */
        private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
            throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
            s.defaultReadObject();
            setState(0); // reset to unlocked state
        }
    }

    非公平模式下的sync:
     static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

        //OK 找到实现方法
        final void lock() {
	  //利用CAS机制将state值设置为1即如果AbstractQueuedSynchronizer中的state为0,设置为1
            if (compareAndSetState(0, 1))
	        //成功.设置当前的线程为排他线程
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
	       //尝试以独占方式获取对象。
                acquire(1);
        }

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

     //调用AbstractQueuedSynchronizer中的acquire方法
     public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }
    //调用tryAcquire
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            return nonfairTryAcquire(acquires);
        }


  //然后就是调用这个方法
  final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            //获取当前的线程
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
	    //获取当前state状态,如果是0则可以获取锁(其他线程已经释放了资源)。
            if (c == 0) {
	       
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
	    //当前线程就是独占线程.线程重入。
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
	       //state值+1。犹豫都是同一线程进入,且持有了锁所以这里可以不用CAS机制加数量。
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

//假如上面方法获取锁失败即返回false继续执行:
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
先看addWaiter():

private Node addWaiter(Node mode) {
        //创建node节点。mode为模式当前设置的模式为Node.EXCLUSIVE排他锁;
        Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
        // 快速入队。
        Node pred = tail;
        if (pred != null) {
            node.prev = pred;
	    //一切顺利没有其他线程入队此时用CAS入队。
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                pred.next = node;
                return node;
            }
        }
	//不顺利有其他线程修改了队列的尾部node。那么就要循环入队
        enq(node);
        return node;
    }
    
 private Node enq(final Node node) {
        for (;;) {
            Node t = tail;
	    //当前队列为空
            if (t == null) { //初始化一个节点
                if (compareAndSetHead(new Node()))
                    tail = head;
            } else {
	        //无限尝试直到node加入队列
                node.prev = t;
                if (compareAndSetTail(t, node)) {
                    t.next = node;
                    return t;
                }
            }
        }
    }

然后是acquireQueued()方法:
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true;
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
		//如果node的前一个节点是头节点且再次尝试获取锁成功
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return interrupted;
                }
		
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }


     private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
        int ws = pred.waitStatus;
        if (ws == Node.SIGNAL)
            /*
             如果前面的节点是signal即等待唤醒,那么当前节点可以被挂起。 
             */
            return true;
        if (ws > 0) {
            /*
             * Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
             * indicate retry.
	     说明前面的线程已经被取消,一直循环将这些节点移出队列。
             */
            do {
                node.prev = pred = pred.prev;
            } while (pred.waitStatus > 0);
            pred.next = node;
        } else {
            /*
             * waitStatus must be 0 or PROPAGATE.  Indicate that we
             * need a signal, but don't park yet.  Caller will need to
             * retry to make sure it cannot acquire before parking.
             */
	     //设置前驱节点的状态为signal
            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
        }
        return false;
    }

     private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        //挂起当前线程
        LockSupport.park(this);
	//返回当前线程是否被中断
        return Thread.interrupted();
    }

//取消线程
    private void cancelAcquire(Node node) {
       
        if (node == null)
            return;

        node.thread = null;

      
        Node pred = node.prev;
        while (pred.waitStatus > 0)
            node.prev = pred = pred.prev;

        Node predNext = pred.next;

       
        node.waitStatus = Node.CANCELLED;

       
        if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
            compareAndSetNext(pred, predNext, null);
        } else {
          
            int ws;
            if (pred != head &&
                ((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL ||
                 (ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&
                pred.thread != null) {
                Node next = node.next;
                if (next != null && next.waitStatus <= 0)
                    compareAndSetNext(pred, predNext, next);
            } else {
                unparkSuccessor(node);
            }

            node.next = node; // help GC
        }
    }



总结:lock方法的所有步骤实现:
   1、没有获得锁。
   2、再次尝试获得锁。
   3、获取锁失败就创建node加入队列。如果当前队列为空创建一个空节点为头尾,不为空即利用CAS机制无限循环直到加入队列为止。
   4、判断当前线程是否为第二个节点,如果是,再次尝试获取锁(成功设置当前节点为头节点),如果不是判断是否需要挂起当前线程。
     如果当前节点的前一个节点状态时singal时,挂起当前线程。如果不是signal,将当前节点前面的waitstatus>0(表明节点被中断)的所有节点移出队列。下次再进入这个方法的时候将前驱节点的值设置为singal。


所以所有线程都会阻塞在第四步。直到线程被唤醒。线程先离开必须是第二个节点,并且能够获取锁。
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    内容概要:本文详细介绍了如何利用S7-200 PLC和MCGS组态软件构建并优化恒压供水系统。首先,作者讲述了系统的设计思路,包括选择合适的硬件设备(如S7-224XP)以及确定基本的控制逻辑(如压力闭环、泵组切换)。接着,深入探讨了具体的编程实现,如梯形图编程用于处理压力传感器信号、PID控制算法的应用及其参数调整。此外,还分享了一些实用的小技巧,例如通过HMI界面进行参数设置和故障排查的方法。最后,强调了系统在现场应用中的表现,特别是在面对突发状况时的有效应对措施。 适合人群:从事工业自动化领域的工程师和技术人员,尤其是对PLC编程和恒压供水系统感兴趣的从业者。 使用场景及目标:适用于中小型水厂或其他需要恒压供水系统的场合。主要目标是确保供水系统的稳定性和可靠性,减少因压力波动带来的设备损坏和水资源浪费。 其他说明:文中不仅提供了详细的理论讲解,还有丰富的实战经验和具体案例分析,有助于读者更好地理解和掌握相关技术和方法。

    COMSOL声学中超声波无损检测模型:基于静电、固体力学及压电效应的应用

    内容概要:本文详细介绍了如何利用COMSOL软件构建超声波无损检测模型,重点探讨了压电材料PZT-5H的特性及其在超声波探头中的应用。文章涵盖了不锈钢材料的力学特性、多物理场耦合(静电场、固体力学、压电效应)的设置方法,以及模型的时间依赖性和结果分析。通过具体的代码示例,展示了如何初始化材料参数、设置边界条件、进行网格划分和求解器配置,最终实现对材料内部缺陷的精确检测。 适合人群:从事无损检测研究的技术人员、COMSOL软件使用者、材料科学领域的研究人员。 使用场景及目标:适用于需要深入了解超声波无损检测原理和技术实现的研究人员和工程师。目标是掌握如何使用COMSOL搭建多物理场耦合模型,从而提高材料检测的准确性和可靠性。 其他说明:文中提供了详细的代码片段和参数设置指南,有助于读者快速上手并应用于实际项目中。此外,还分享了一些实用技巧,如网格划分、边界条件设置和结果后处理的方法,帮助解决常见问题。

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