从JDK源码角度看并发锁的优化

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作者:超人汪小建(seaboat)

出处:https://blog.csdn.net/wangyangzhizhou/column/info/16032


在CLH锁核心思想的影响下,JDK并发包以CLH锁作为基础而设计,其中主要是考虑到CLH锁更容易实现取消与超时功能。比起原来的CLH锁已经做了很大的改造,主要从两方面进行了改造:节点的结构与节点等待机制。在结构上引入了头结点和尾节点,他们分别指向队列的头和尾,尝试获取锁、入队列、释放锁等实现都与头尾节点相关,并且每个节点都引入前驱节点和后后续节点的引用;在等待机制上由原来的自旋改成阻塞唤醒。如图,通过前驱后续节点的引用一节节连接起来形成一个链表队列,对于头尾节点的更新必须是原子的。下面详细看看入队、检测挂起、释放出队、超时、取消等操作。

2019070535_1.png

① 入队,整块逻辑其实是用一个无限循环进行CAS操作,即用自旋方式竞争直到成功。将尾节点tail的旧值赋予新节点node的前驱节点,并尝试CAS操作将新节点node赋予尾节点tail,原先的尾节点的后续节点指向新建节点node。完成上面步骤就建立起一条如图所示的链表队列。代码简化如下:

   for (;;) {
      Node t = tail;
      node.prev = t;
      if (compareAndSetTail(t, node)) {
         t.next = node;
         return node;
      }
   }

② 检测挂起,上面我们说到节点等待机制已经被JDK并发作者由自旋机制改造成阻塞机制,一个新建的节点完成入队操作后,如果是自旋则直接进入循环检测前驱节点是否为头结点即可,但现在被改为阻塞机制,当前线程将首先检测是否为头结点且尝试获取锁,如果当前节点为头结点并成功获取锁则直接返回,当前线程不进入阻塞,否则将当前线程阻塞。代码简化如下:

    for (;;) {
       if (node.prev == head)
   if(尝试获取锁成功){
            head=node;
            node.next=null;
            return;
        }
      阻塞线程
   }

③ 释放出队,出队的主要工作是负责唤醒等待队列中后续节点,让所有等待节点环环相接,每条线程有序地往下执行。代码简化如下:
Node s = node.next;
唤醒节点s包含的线程
④ 超时,在支持超时的模式下需要LockSupport类的parkNanos方法支持,线程在阻塞一段时间后会自动唤醒,每次循环将累加消耗时间,当总消耗时间大于等于自定义的超时时间时就直接分返。代码简化如下:

   for (;;) {
      尝试获取锁
      if (nanosTimeout <= 总消耗时间)
         return;
      LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);
    }

⑤ 取消,队列中等待锁的队列可能因为中断或超时而涉及到取消操作,这种情况下被取消的节点不再进行锁竞争。此过程主要完成的工作是将取消的节点移除,先将节点的。先将节点node状态设置成取消,再将前驱节点pred的后续节点指向node的后续节点,这里由于涉及到竞争,必须通过CAS进行操作,CAS操作就算失败也不必理会,因为已经改了节点的状态,在尝试获取锁操作中会循环对节点的状态判断。

   node.waitStatus = Node.CANCELLED;
   Node pred = node.prev;
   Node predNext = pred.next;
   Node next = node.next;
   compareAndSetNext(pred, predNext, next);
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