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深入浅出JUC常用同步器

news 2024/11/14 20:32:54

文章目录

- 1.JUC下同步器
- - 1.1 CountdownLatch 倒计数锁存器
  - 1.2 CyclicBarrier回环屏障
  - 1.3 Semephone 信号量
- 2.小结

1.JUC下同步器

   日常开发会遇到主线程开启多个子线程去并行执行任务，并且主线程需要等待所有子线程执行完后在进行汇总的场景。
   同步器出现之前，通常采用Thread.join()方法来实现，join方法不够灵活，JDK大佬就在JUC下新建了几个同步器，底层都是基于AQS实现。
   关于AQS可以看看这篇一文带你看懂Java多线程并发，深度剖析AQS源码

下面就针对JUC下三种常见同步器进行简要介绍。

1.1 CountdownLatch 倒计数锁存器

这个同步器相对比较简单，先使用构造方法初始化共享锁数count,然后每次调用countDown()方法, 内部调用sync.releaseShared(1)释放一把锁，锁数减一，直到锁Count等于0则会唤醒之前使用await()方法阻塞的线程。

先看这个tryReleaseShared()方法

	    public void countDown() {sync.releaseShared(1);}public final boolean releaseShared(int arg) {if (tryReleaseShared(arg)) {signalNext(head);return true;}return false;}// 着重看这个方法protected boolean tryReleaseShared(int releases) {// Decrement count; signal when transition to zerofor (;;) {// 当前锁数int c = getState();// 锁已经为0 则不在执行减一,避免多线程下重复减一到负数if (c == 0)return false;// 锁减一int nextc = c - 1;// CAS操作原子性保证一个线程执行if (compareAndSetState(c, nextc))// 如果为0则为true那么将执行signalNext(head)方法return nextc == 0;}}// h 参数为head 头结点。 private static void signalNext(Node h) {Node s;// 如果头结点下一个节点不为空。if (h != null && (s = h.next) != null && s.status != 0) {// 取消WAITTING状态 转为唤醒状态s.getAndUnsetStatus(WAITING);// 唤醒s节点所对应的线程。LockSupport.unpark(s.waiter);}// CAS Node 节点 部分属性如下abstract static class Node {volatile Node prev;       // initially attached via casTailvolatile Node next;       // visibly nonnull when signallableThread waiter;            // visibly nonnull when enqueuedvolatile int status;      // written by owner, atomic bit ops by others}}

再接着看await() 方法是如何让线程陷入阻塞的。

    public void await() throws InterruptedException {sync.acquireSharedInterruptibly(1);}public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)throws InterruptedException {// 正常Thread没有调用中断方法,会执行tryAcquireShared 方法if (Thread.interrupted() ||(tryAcquireShared(arg) < 0 &&acquire(null, arg, true, true, false, 0L) < 0))throw new InterruptedException();}// 初始化CountDownLatch对象时,getState()的值就已经发生变化// 因此这个通常都是返回-1。protected int tryAcquireShared(int acquires) {return (getState() == 0) ? 1 : -1;}// 正常逻辑都是走这个方法,代码量太大，着重分析部分关键信息。
final int acquire(Node node, int arg, boolean shared,boolean interruptible, boolean timed, long time) {// 当前线程实例              Thread current = Thread.currentThread();byte spins = 0, postSpins = 0;   // retries upon unpark of first threadboolean interrupted = false, first = false;Node pred = null;               // predecessor of node when enqueuedfor (;;) {if (!first && (pred = (node == null) ? null : node.prev) != null &&!(first = (head == pred))) {if (pred.status < 0) {cleanQueue();           // predecessor cancelledcontinue;} else if (pred.prev == null) {Thread.onSpinWait();    // ensure serializationcontinue;}}if (first || pred == null) {boolean acquired;try {if (shared)acquired = (tryAcquireShared(arg) >= 0);elseacquired = tryAcquire(arg);} catch (Throwable ex) {cancelAcquire(node, interrupted, false);throw ex;}if (acquired) {if (first) {node.prev = null;head = node;pred.next = null;node.waiter = null;if (shared)signalNextIfShared(node);if (interrupted)current.interrupt();}return 1;}}Node t;if ((t = tail) == null) {           // initialize queueif (tryInitializeHead() == null)return acquireOnOOME(shared, arg);} else if (node == null) {          // allocate; retry before enqueuetry {node = (shared) ? new SharedNode() : new ExclusiveNode();} catch (OutOfMemoryError oome) {return acquireOnOOME(shared, arg);}} else if (pred == null) {          // try to enqueue// 节点waiter存放当前线程实例。node.waiter = current;node.setPrevRelaxed(t);         // avoid unnecessary fenceif (!casTail(t, node))node.setPrevRelaxed(null);  // back outelse// t 是头节点。node就是t后置节点t.next = node;} else if (first && spins != 0) {--spins;                        // reduce unfairness on rewaitsThread.onSpinWait();} else if (node.status == 0) {// 节点状态设置为WAITING; 后面唤醒用。node.status = WAITING;          // enable signal and recheck} else {long nanos;spins = postSpins = (byte)((postSpins << 1) | 1);if (!timed)LockSupport.park(this);else if ((nanos = time - System.nanoTime()) > 0L)LockSupport.parkNanos(this, nanos);elsebreak;node.clearStatus();if ((interrupted |= Thread.interrupted()) && interruptible)break;}}return cancelAcquire(node, interrupted, interruptible);}

由于代码量太大,执行逻辑相对比较复杂，截取部分代码进行解析。

1.如果tail指针为null，初始化头结点，头结点为null 【第一个if】
2. node为空，是否共享，是则构建共享锁节点，否则构建独占锁节点。【else if】
3. pred 是前置节点如果为空，设置当前node节点waiter 为当前线程，【else if】
node.status=WAITING; 设置当前节点状态为WAITING;

在这里插入图片描述

1.2 CyclicBarrier回环屏障

由于CountDownLatch是一次性同步方案，一旦计数器state=0后续在调用CountDown()方法就没用了，因此JDK大佬又创建了CyclicBarrier，可以通过reset()重置状态，让一组线程同步后可继续同步执行。适用于分段任务有序执行场景，这里对源码就不在探讨。采用独占锁ReentrantLock实现计数器原子更新。这个同步器相当于CountDownLatch增强版本，效率一般要略低，CountDownLatch 采用CAS来保证原子性。

重置方法reset()
在这里插入图片描述