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Java面試必備之AQS阻塞隊列和條件隊列

瀏覽:90日期:2022-08-10 09:21:44
一.AQS入隊規(guī)則

我們仔細分析一下AQS是如何維護阻塞隊列的,在獨占方式獲取資源的時候,是怎么將競爭鎖失敗的線程丟到阻塞隊列中的呢?

我們看看acquire方法,這里首先會調用子類實現的tryAcquire方法嘗試修改state,修改失敗的話,說明線程競爭鎖失敗,于是會走到后面的這個條件;

這個addWaiter方法就是將當前線程封裝成一個Node.EXCLUSIVE類型的節(jié)點,然后丟到阻塞隊列中;

Java面試必備之AQS阻塞隊列和條件隊列

第一次還沒有阻塞隊列的時候,會到enq方法里面,我們仔細看看enq方法

Java面試必備之AQS阻塞隊列和條件隊列

enq()方法中,我們在第一次進入這個方法的時候,下面圖一所示,tail和head都指向null;

第一次循環(huán),到首先會到圖二,然后判斷t所指向的節(jié)點是不是null,如果是的話,就用CAS更新節(jié)點,這個CAS我們可以看作:頭節(jié)點head為null,我們把head節(jié)點更新為一個哨兵節(jié)點(哨兵節(jié)點就是new Node()),再將tail也指向head,就是圖三了

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第二次for循環(huán):走到上面的else語句,將新節(jié)點的前一個節(jié)點設置為哨兵節(jié)點;

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然后就是CAS更新節(jié)點,這里CAS的意思:如果最后的節(jié)點tail指向的和t是一樣的,那么就將tail指向node節(jié)點

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最后再將t的下一個節(jié)點設置為node,下圖所示,就ok了

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二.AQS條件變量的使用

什么是條件變量呢?我們在開始介紹AQS的時候,還有一個內部類沒有說,就是ConditionObject,還記得前面說過的Unsafe中的park和unpark方法嗎?而這個ConditionObject就對這兩個方法進行了一次封裝,await()和signal()方法,但是更靈活,可以創(chuàng)建多個條件變量,每個條件變量維護一個條件隊列(就是一個單向鏈表,可以看到Node這個內部類中個屬性是nextWaiter);

注意:每一個條件變量里面都維護了一個條件隊列

舉個例子,如下所示;

package com.example.demo.study;import java.util.concurrent.locks.Condition;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class Study0201 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 創(chuàng)建鎖對象ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// 創(chuàng)建條件變量Condition condition = lock.newCondition();// 以下創(chuàng)建兩個線程,里面都會獲取鎖和釋放鎖Thread thread1 = new Thread(() -> { lock.lock(); try {System.out.println('await begin');// 注意,這里調用條件變量的await方法,當前線程就會丟到condition條件變量中的條件隊列中阻塞condition.await();System.out.println('await end'); } catch (InterruptedException e) {// } finally {lock.unlock(); }});Thread thread2 = new Thread(() -> { lock.lock(); try {System.out.println('signal begin');// 喚醒被condition變量內部隊列中的某個線程condition.signal();System.out.println('signal end'); } finally {lock.unlock(); }});thread1.start();Thread.sleep(500);thread2.start(); }}

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還可以創(chuàng)建多個條件變量,如下所示,每一個條件變量都維護了一個條件隊列:

package com.example.demo.study;import java.util.concurrent.locks.Condition;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class Study0201 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException {// 創(chuàng)建鎖對象ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// 創(chuàng)建條件變量1Condition condition1 = lock.newCondition();//條件變量2Condition condition2 = lock.newCondition();// 以下創(chuàng)建兩個線程,里面都會獲取鎖和釋放鎖Thread thread1 = new Thread(() -> { lock.lock(); try {System.out.println('await begin');//1condition1.await();System.out.println('await end');//5System.out.println('condition2---signal---start');//6condition2.signal();System.out.println('condition2---signal---endend');//7 } catch (InterruptedException e) {// } finally {lock.unlock(); }});Thread thread2 = new Thread(() -> { lock.lock(); try {System.out.println('signal begin');//2condition1.signal();System.out.println('signal end');//3System.out.println('condition2---await---start');//4condition2.await();System.out.println('condition2---await---end');//8 } catch (InterruptedException e) {// } finally {lock.unlock(); }});thread1.start();Thread.sleep(500);thread2.start(); }}

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三.走進條件變量

我們看看上面的獲取條件變量的方式Condition condition1 = lock.newCondition(),我們打開newCondition方法,最后就是創(chuàng)建一個ConditionObject實例;這個類是AQS的內部類,通過這個類可以訪問AQS內部的屬性和方法;

注意:在調用await方法和signal方法之前,必須要先獲取鎖

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然后我們再看看條件變量的await方法,下圖所示,我們可以進入到addConditionWaiter()方法內部看看:

public final void await() throws InterruptedException { if (Thread.interrupted())throw new InterruptedException(); //新建一個Node.CONDITION節(jié)點放到條件隊列最后面 Node node = addConditionWaiter(); //釋放當前線程獲取的鎖 int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = 0; //調用park()方法阻塞掛起當前線程 while (!isOnSyncQueue(node)) {LockSupport.park(this);if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) break; } if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)interruptMode = REINTERRUPT; if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelledunlinkCancelledWaiters(); if (interruptMode != 0)reportInterruptAfterWait(interruptMode);}

private Node addConditionWaiter() { Node t = lastWaiter; //第一次進來,這個lastWaiter是null,即t = null,不會進入到這個if語句 if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {unlinkCancelledWaiters();t = lastWaiter; } //創(chuàng)建一個Node.CONDITION類型的節(jié)點,然后下面這個if中就是將第一個節(jié)點firstWaiter和最后一個節(jié)點都指向這個新創(chuàng)建的節(jié)點 Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION); if (t == null)firstWaiter = node; elset.nextWaiter = node; lastWaiter = node; return node;}

順便在看看signal方法:

public final void signal() { if (!isHeldExclusively())throw new IllegalMonitorStateException(); //條件隊列移除第一個節(jié)點,然后把這個節(jié)點丟到阻塞隊列中,然后激活這個線程 Node first = firstWaiter; if (first != null)doSignal(first);}

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我們想一想在AQS中阻塞隊列和條件隊列有什么關系???

1.當多個線程調用lock.lock()方法的時候,只有一個線程獲取到可鎖,其他的線程都會被轉為Node節(jié)點丟到AQS的阻塞隊列中,并做CAS自旋獲取鎖;

2.當獲取到鎖的線程對應的條件變量的await()方法被調用的時候,該線程就會釋放鎖,并把當前線程轉為Node節(jié)點放到條件變量對應的條件隊列中;

3.這個時候AQS的阻塞隊列中又會有一個節(jié)點中的線程能得到鎖了,如果這個線程又恰巧調用了對應條件變量的await()方法時,又會重復2的步驟,然后阻塞隊列中又會有一個節(jié)點中的線程獲得鎖

4.然后,又有一個線程調用了條件變量的signal()或者signalAll()方法,就會把條件隊列中一個或者所有的節(jié)點都移動到AQS阻塞隊列中,然后調用unpark方法進行授權,就等著獲得鎖了;

一個鎖對應一個阻塞隊列,但是對應多個條件變量,每一個條件變量對應一個條件隊列;其中,這兩種隊列中存放的都是Node節(jié)點,Node節(jié)點中封裝了線程及其狀態(tài)

到此這篇關于Java面試必備之AQS阻塞隊列和條件隊列的文章就介紹到這了,更多相關AQS阻塞隊列和條件隊列內容請搜索好吧啦網以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持好吧啦網!

標簽: Java
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