在并发多线程的情况下,为了保证数据安全性,一般我们会对数据进行加锁,通常使用Synchronized或者ReentrantLock同步锁。Synchronized是基于JVM实现,而ReentrantLock是基于Java代码层面实现的,底层是继承的AQS

AQS全称AbstractQueuedSynchronizer,即抽象队列同步器,是一种用来构建锁和同步器的框架。

我们常见的并发锁ReentrantLockCountDownLatchSemaphoreCyclicBarrier都是基于AQS实现的,所以说不懂AQS实现原理的,就不能说了解Java锁。

当我仔细研究AQS底层加锁原理,发现竟然跟Synchronized加锁原理有惊人的相似。让我突然想到一句名言,记不清怎么说了,意思是框架底层原理很相似,大家多学习底层原理。

Synchronized的加锁流程在前几篇文章已经详细讲过,没看过一块再温习一下。

1. Synchronized加锁流程

我们先想一下Synchronized的加锁需求,如果让你设计Synchronized对象锁存储结构,该怎么设计?

  1. 多个线程执行到Synchronized代码块,只有一个线程获取锁,然后执行同步代码块(需要记录哪个线程获取了对象锁)。
  2. 其他线程被阻塞(被阻塞的线程,是不是可以用链表设计个阻塞队列?)
  3. 持有锁的线程调用wait方法,释放锁,等待被唤醒(等待的线程,是不是可以用链表设计个等待队列?)。
  4. 被阻塞的线程开始竞争锁
  5. 调用notify方法,唤醒等待的线程,被唤醒的线程进入阻塞队列,一块竞争锁。

上面描述了Synchronized的加锁流程,Synchronized对象锁存储结构是不是跟咱们想的一样?实际就是的。

下面是对象锁的存储数据结构(由C++实现):

ObjectMonitor() {
_header = NULL;
_count = 0;
_waiters = 0,
_recursions = 0;
_object = NULL;
_owner = NULL; // 持有锁的线程
_WaitSet = NULL; // 等待队列,存储处于wait状态的线程
_WaitSetLock = 0 ;
_Responsible = NULL ;
_succ = NULL ;
_cxq = NULL ;
FreeNext = NULL ;
_EntryList = NULL ; // 阻塞队列,存储处于等待锁block状态的线程
_SpinFreq = 0 ;
_SpinClock = 0 ;
OwnerIsThread = 0 ;
}

上图展示了对象锁的基本工作机制:

  1. 当多个线程同时访问一段同步代码时,首先会进入 _EntryList队列中阻塞。

  2. 当某个线程获取到对象的对象锁后进入临界区域,并把对象锁中的 _owner变量设置为当前线程,即获得对象锁。

  3. 若持有对象锁的线程调用 wait() 方法,将释放当前持有的对象锁,_owner变量恢复为null,同时该线程进入 _WaitSet 集合中等待被唤醒。

  4. 在_WaitSet集合中的线程被唤醒,会被再次放到_EntryList队列中,重新竞争获取锁。

  5. 若当前线程执行完毕也将释放对象锁并复位变量的值,以便其他线程进入获取锁。

Synchronized对象锁存储结构和加锁流程,竟然跟咱们想的一样。

再看一下AQS的存储结构和加锁流程,有没有相似的地方。

2. AQS加锁原理

先分析一下,我们使用AQS的加锁需求:

  1. 多个线程执行到acquire方法的时候,只有一个线程获取锁,然后执行同步代码块(需要记录哪个线程获取了对象锁)。
  2. 其他线程被阻塞(被阻塞的线程,是不是可以用链表设计个阻塞队列?名叫”同步队列“?)
  3. 持有锁的线程调用await方法,释放锁,等待被唤醒(等待的线程,是不是可以用链表设计个等待队列?名叫”条件队列“?)。
  4. 被阻塞的线程开始竞争锁
  5. 调用signal方法,唤醒等待的线程,被唤醒的线程进入阻塞队列,一块竞争锁。

AQS的需求跟Synchronized一模一样。

我们再看一下AQS实际的加锁机制是怎么设计的?是不是跟Synchronized相似?

AQS的加锁流程并不复杂,只要理解了同步队列条件队列,以及它们之间的数据流转,就算彻底理解了AQS

  1. 当多个线程竞争AQS锁时,如果有个线程获取到锁,就把ower线程设置为自己
  2. 没有竞争到锁的线程,在同步队列中阻塞(同步队列采用双向链表,尾插法)。
  3. 持有锁的线程调用await方法,释放锁,追加到条件队列的末尾(条件队列采用单链表,尾插法)。
  4. 持有锁的线程调用signal方法,唤醒条件队列的头节点,并转移到同步队列的末尾。
  5. 同步队列的头节点优先获取到锁

可以看到AQSSynchronized的加锁流程几乎是一模一样的,AQS中同步队列就是SynchronizedEntryListAQS中条件队列就是Synchronized中的waitSet,两个队列之间的数据转移流程也是一样的。

3. 总结

AQSSynchronized的加锁流程是一样的,都是通过同步队列和条件队列实现的,阻塞状态的线程被放到同步队列中,等待状态的线程被放到条件队列中,从条件队列唤醒的线程又被转移到同步队列末尾,一块竞争锁。

看完AQS加锁流程,还没有人不懂AQS的?

下篇文章再讲一下AQS加锁具体的源码实现。里面有很多精巧的设计,值得我们学习。

比如:

为什么同步队列要设计成双向链表?而条件队列要设计成单链表?

为什么AQS加锁性能这么好(乐观锁CAS使用)?

同步队列和条件队列中节点怎么用一个对象实现?

释放锁后,怎么唤醒同步队列中线程?

我是「一灯架构」,如果本文对你有帮助,欢迎各位小伙伴点赞、评论和关注,感谢各位老铁,我们下期见

重大发现,AQS加锁机制竟然跟Synchronized有惊人的相似的更多相关文章

  1. java多线程(五)-访问共享资源以及加锁机制(synchronized,lock,voliate)

    对于单线程的顺序编程而言,每次只做一件事情,其享有的资源不会产生什么冲突,但是对于多线程编程,这就是一个重要问题了,比如打印机的打印工作,如果两个线程都同时进行打印工作,那这就会产生混乱了.再比如说, ...

  2. 深入了解ReentrantLock中的公平锁和非公平锁的加锁机制

    ReentrantLock和synchronized一样都是实现线程同步,但是像比synchronized它更加灵活.强大.增加了轮询.超时.中断等高级功能,可以更加精细化的控制线程同步,它是基于AQ ...

  3. java两种同步机制的实现 synchronized和reentrantlock

    java两种同步机制的实现 synchronized和reentrantlock 双11加保障过去一周,趁现在有空,写一点硬货,因为在进入阿里之后工作域的原因之前很多java知识点很少用,所以记录一下 ...

  4. 【Java并发基础】加锁机制解决原子性问题

    前言 原子性指一个或多个操作在CPU执行的过程不被中断的特性.前面提到原子性问题产生的源头是线程切换,而线程切换依赖于CPU中断.于是得出,禁用CPU中断就可以禁止线程切换从而解决原子性问题.但是这种 ...

  5. MySQL各类SQL语句的加锁机制

    官网参考:https://dev.mysql.com/doc/refman/5.6/en/innodb-locks-set.html MySQL把读操作分为两大类:锁定读和非锁定读(即locking ...

  6. ElasticStack系列之二十 & 数据均衡、迁移、冷热分离以及节点自动发现原理与机制

    1. 数据均衡 某个shard分配到哪个节点上,一般来说,是由 ELasticSearch 自行决定的.以下几种情况会触发分配动作: 新索引的建立 索引的删除 新增副本分片 节点增减引发的数据均衡 在 ...

  7. OSSpinLockLock加锁机制,保证线程安全并且性能高

    在aspect_add.aspect_remove方法里面用了aspect_performLocked, 而aspect_performLocked方法用了OSSpinLockLock加锁机制,保证线 ...

  8. 双重检查加锁机制(并发insert情况下数据重复插入问题的解决方案)

    双重检查加锁机制(并发insert情况下数据重复插入问题的解决方案) c#中单例模式和双重检查锁 转:https://blog.csdn.net/zhongliangtang/article/deta ...

  9. Java并发框架——AQS超时机制

    AQS框架提供的另外一个优秀机制是锁获取超时的支持,当大量线程对某一锁竞争时可能导致某些线程在很长一段时间都获取不了锁,在某些场景下可能希望如果线程在一段时间内不能成功获取锁就取消对该锁的等待以提高性 ...

随机推荐

  1. 第七十三篇:解决Vue组件中的样式冲突

    好家伙, 1.组件之间的样式冲突 默认情况下,写在.vue组件中的样式会全局生效,因此很容易造成多个组件之间的样式冲突问题. 举个例子: 我们在Left.vue的组件中添加样式 <templat ...

  2. 第六十篇:Vue的基本使用

    好家伙,要来了,经典"hello world" 试用一下vue ① 导入 vue.js的 script 脚本文件 ② 在页面中声明一个将要被vue所控制的DOM区域 ③ 创建vm实 ...

  3. Helm安装ingress-nginx-4.2.3

    Application version 1.3.0 Chart version 4.2.3 获取chart包 helm fetch ingress-nginx/ingress-nginx --vers ...

  4. KingbaseES V8R6C5B041手工创建集群测试案例

    ​ 案例说明: KingbaseES V8R6C5B041版本和以前的KingbaseES R6有一定的区别,增加了"securecmdd"的工具,并且在install.conf配 ...

  5. 手写tomcat——netty版

    点击查看代码 package com.grady.diytomcat; import com.grady.diytomcat.handler.DiyNettyTomcatHandler; import ...

  6. OpenFOAM编程 | Hello OpenFOAM

    写在前面 OpenFOAM 是一个非常好用的开源程序包,笔者一直在研究和使用,其编程语言是笔者非常喜欢使用的 C++.但是笔者不是很喜欢 OpenFOAM 自己的构建工具 wmake,更倾向于使用 C ...

  7. 点赞和取消点赞实现Redis缓存(只思路)

    思路:点赞.取消点赞 --> Redis --> (每两个小时)存到数据库(MySQL),所以就相当于每次查询或者存储都需要先经过Redis,而查询的目的是为了判断用户的点赞状态(已点赞o ...

  8. Solutions:如何运用Elastic App Search快速建立出色的React搜索体验

    建立搜索体验是一项艰苦的工作. 乍一看似乎很容易:建立一个搜索栏,将数据放入数据库,然后让用户输入对该数据库的查询. 但是,在数据建模,底层逻辑以及(当然)总体设计和用户体验方面,有很多事情要考虑. ...

  9. ingress-nginx 的使用 =》 部署在 Kubernetes 集群中的应用暴露给外部的用户使用

    文章转载自:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4MjQ0MTU4Ng==&mid=2247488189&idx=1&sn=8175f067 ...

  10. 部署文件:filebeat->kafka集群(zk集群)->logstash->es集群->kibana

    该压缩包内包含以下文件: 1.install_java.txt 配置java环境,logstash使用 2.es.txt 三节点的es集群 3.filebeat.txt 获取日志输出到kafka集群 ...