Java之JUC系列（04）--获取公平锁

时间：2021-12-29 16:58:21

一、基本概述

(1)AQS–指AbstractQueuedSynchronizer类
AQS是Java中管理锁的抽象类，锁的许多公共方法都是在这个类中实现。AQS是独占锁（如ReentrantLock）和共享锁（如Semaphore）的公共父类。
（2）AQS锁的类别–分为独占锁和共享锁两种。
1>独占锁：锁在一个时间点只能被一个线程锁占有，根据锁的获取机制，又划分为公平锁和非公平锁。公平锁，是按照通过CLH等待线程队列，依据先后顺序的获取规则，获取该获取锁。而非公平锁，则当线程要获取锁时，它会无视线程等待队列CLH而直接获取锁。独占锁的例子有ReentrantLock，ReentrantReadWritelock
.WriteLock也是独占锁。
2>共享锁：能被多个线程同时拥有，能被共享的锁，JUC 包中的
ReentrantReadWriteLock.ReadLock，CyclicBarrier,CountDownLatch和Semaphore都是共享锁。
(3)CLH队列–Craig, Landin, and Hagersten lock queue
是指AQS中等待锁的线程队列。在进行多线程访问时，竞争的资源在同一个时间点只能被一个线程访问，而其他线程则需要等待，而CLH就是管理这些等待的线程。同时CLH是一个非阻塞的FIFO队列，即添加一个线程时，在并发条件下，并不会阻塞，而是通过自旋锁和CAS保证节点插入和移除的原子性。
(4)CAS函数–Compare and Swap
CAS函数，是比较并交换函数，它是原子操作函数；即通过CAS操作的数据都是以原子方式进行的，例如：例如，compareAndSetHead(), compareAndSetTail(), compareAndSetNext()等函数。它们共同的特点是，这些函数所执行的动作是以原子的方式进行的。

二、公平锁的获取

首先我们得知道，获取锁都是通过Lock()方法，在获取公平锁的过程中，则围绕这个进行。
(1)lock()
lock()在ReentrantLock.java的FairSync类中实现,源码如下：


final void lock() {
    acquire(1);
}

源码分析，当前线程是通过acquire(1)获取锁的，其中”1”表示设置锁的状态。对于“独占锁”来说，锁处于可获取状态时，它的状态值是0；锁被线程初次获取到了，它的状态值就变成了1。
由于ReentrantLock(公平锁/非公平锁)是可重入锁，所以“独占锁”可以被单个线程多此获取，每获取1次就将锁的状态+1。也就是说，初次获取锁时，通过acquire(1)将锁的状态值设为1；再次获取锁时，将锁的状态值设为2；依次类推…这就是为什么获取锁时，传入的参数是1的原因了。
(2)acquire()
acquire()在AQS中实现的，它的源码如下：


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

源码分析：

1> “当前线程”首先通过tryAcquire()尝试获取锁。获取成功的话，直接返回；尝试失败的话，进入到等待队列排序等待(前面还有可能有需要线程在等待该锁)。
2> “当前线程”尝试失败的情况下，先通过addWaiter(Node.EXCLUSIVE)来将“当前线程”加入到”CLH队列(非阻塞的FIFO队列)”末尾。CLH队列就是线程等待队列。
3> 再执行完addWaiter(Node.EXCLUSIVE)之后，会调用acquireQueued()来获取锁。由于此时ReentrantLock是公平锁，它会根据公平性原则来获取锁。
4> “当前线程”在执行acquireQueued()时，会进入到CLH队列中休眠等待，直到获取锁了才返回！如果“当前线程”在休眠等待过程中被中断过，acquireQueued会返回true，此时”当前线程”会调用selfInterrupt()来自己给自己产生一个中断。

文章只是作为自己的学习笔记，借鉴了网上的许多案例，如果觉得阔以的话，希望多交流，在此谢过…

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