ReentrantLock 公平锁源码 第1篇

ReentrantLock 1

这篇还是接着ReentrantLock的公平锁,没看过第0篇的可以先去看上一篇https://www.cnblogs.com/sunankang/p/16456342.html

这篇就以问题为导向,先提出问题,然后根据问题去看代码

确保能唤醒排队的线程?

A,B两线程,A线程执行完业务释放锁过程中B线程添加进了链表,如何保证B线程能正常醒来

现在假设A线程走完tryAcuqire后获取到锁,执行业务代码,最后unlock() tryAcquire代码就不进去看了,上篇讲过了 现在只需关注两个点

lock方法中的acquireQueued 用来park

unlock方法中的release用来unpark

首先来看park的条件是啥

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

进入acquireQueued方法

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt()) //在这里进行的park
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

也就是shouldParkAfterFailedAcquire 如果这个方法返回true,才会去park

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
    int ws = pred.waitStatus;
    if (ws == Node.SIGNAL)
        return true;
    if (ws > 0) {
        do {
            node.prev = pred = pred.prev;
        } while (pred.waitStatus > 0);
        pred.next = node;
    } else {
        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
    }
    return false;
}

现在假设第一种情况,首次进入这个shouldParkAfterFailedAcquire方法的时候,A线程就进入unlock方法了 那么此时节点状态如下图

public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        //主要看这段代码
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}

那么h!=null进入,但是头节点的waitStatus还是0,所以不走unpark,A线程结束

A线程结束了谁来唤醒B线程呢? 回到acquireQueued方法

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            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);
    }
}

因为第一次进入shouldParkAfterFailedAcquire方法中,最后走到else代码块,我们假设没有发生冲突,修改成功

A线程执行完了unlock,而此时锁的状态值为0,没有被持有的状态,最外层的for(;;)让代码又重新跑了一遍

第二次的时候if (p == head && tryAcquire(arg)) 这个if就会进入,因为现在已经没有其他线程在持有锁了,所以tryAcquire尝试获取锁成功,返回ture

private void setHead(Node node) {
    head = node;
    node.thread = null;
    node.prev = null;
}

在setHead方法中将当前节点,咱们这个例子中也就是B节点,设置为head,之后清空上个引用和当前引用的线程

最后清除上个节点对B节点的引用,此时节点关系如下

而原来的头节点没有任何引用,等待GC即可,也可以看到在代码p.next = null; // help GC 这段旁边写的注释 帮助GC

之后将失败状态设置为false,返回是否被打断的变量,lock方法结束,

现在来假设在shouldParkAfterFailedAcquire方法中修改成功,但此时的A线程还没有走到unlock,当B线程马上要开始走parkAndCheckInterrupt方法开始park的时候,时间片用完的情况

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                //====假设此时B线程在这里=====
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

此时节点关系如下

A线程的unlock就可以进入unparkSuccessor

public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}

private void unparkSuccessor(Node node) {

    int ws = node.waitStatus;
    if (ws < 0)
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

    Node s = node.next;
    if (s == null || s.waitStatus > 0) {
        s = null;
        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
            if (t.waitStatus <= 0)
                s = t;
    }
    if (s != null)
        LockSupport.unpark(s.thread);
}

第一个if判断为true,尝试修改状态为0 (这里没看懂为什么是尝试修改)

if (s == null || s.waitStatus > 0) 这个判断我们是不进入的,注意unparkSuccessor这个方法的node参数是head节点,而不是我们的B节点,所以继续执行下面的if判断

s就是B节点,在B线程park前唤醒,B线程再走到park的时候是不会再进行park的,直接返回,方法结束

真的公平吗?

A线程在运行,B线程初始化链表中的过程中,A线程运行完成,释放锁,C线程进入

我们只需要看线程B初始化链表的情况即可

addWaiter中enq方法

private Node enq(final Node node) {
    for (;;) {
        Node t = tail;
        if (t == null) { // Must initialize
            if (compareAndSetHead(new Node()))
                //假设线程B走到这里时间片用完,还没来得及设置tail
                tail = head;
        } else {
            node.prev = t;
            if (compareAndSetTail(t, node)) {
                t.next = node;
                return t;
            }
        }
    }
}

那么此时线程A解锁了,线程C调用lock方法

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) {
        if (!hasQueuedPredecessors() &&
            compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0)
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

在tryAcquire方法的hasQueuedPredecessors方法中

public final boolean hasQueuedPredecessors() {
    Node t = tail;
    Node h = head;
    Node s;
    return h != t &&
        ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}

此时tail还是null,而head已经被线程B设置了一个空Node,h!=t为true,h也只是一个空Node,所以(s = h.next) == null为true,整体返回true,外层取反为false,退出tryAcquire方法去入队列

那么入队列会破坏队列的初始化或者C线程变成第一个排队的节点吗?,注意咱们现在假设的线程B还没有获取到cpu的调用,还是停在 tail = head;代码执行前

线程C执行addWaiter方法

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;
}

这个时候tail还是空,进入enq方法

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;
            }
        }
    }
}

首先第一个判断是会进入的,这个时候tail还是空,但是if (compareAndSetHead(new Node()))方法不会成功,来看看代码

private final boolean compareAndSetHead(Node update) {
    //注意第三个参数 null
    return unsafe.compareAndSwapObject(this, headOffset, null, update);
}

判断的是head为null的时候才会进行修改,所以线程C没有修改成功,那么会一直在for(;;)中循环,直到线程B初始化完空的头节点,也就是执行tail = head;这段代码

如果线程B走完了 tail = head;没来得及进行第二次循环添加B节点的时候,线程A解锁了,线程C进来了呢

还是在tryAcquire方法的hasQueuedPredecessors中

public final boolean hasQueuedPredecessors() {
    Node t = tail;
    Node h = head;
    Node s;
    return h != t &&
        ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}

这个时候第一个h!=t就是false,因为B线程已经将head和tail的引用指向同一个空节点了,返回false

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) {
        //因为返回false,取反则进行获取锁的操作
        if (!hasQueuedPredecessors() &&
            compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0)
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

C线程直接获取锁去运行代码了,所以ReentrantLock的公平锁其实并不是绝对的公平