前言
接上一篇偏向鎖的十連問(wèn)，繼續(xù)升級(jí)到重量級(jí)鎖的進(jìn)階版，檢驗(yàn)一下自己離精通重量級(jí)鎖還有多遠(yuǎn)。建議在讀之前了解下Java中重量級(jí)鎖的實(shí)現(xiàn)原理。
- 重量級(jí)鎖的ObjectMonitor和JUC中的AQS有什么異同
- 為什么ObjectMonitor需要cxq和entryList兩個(gè)等待隊(duì)列
- cxq隊(duì)列中等待線程，什么時(shí)候會(huì)進(jìn)到EntryList
- 等待隊(duì)列中多個(gè)線程，喚醒的順序是什么
- 偏向鎖和輕量級(jí)鎖下線程是否可以wait和notify
- cxq和waitset數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有什么區(qū)別
- 被喚醒的wait線程和其它等待線程，誰(shuí)會(huì)先搶到鎖
- synchronized有類似AQS的公平鎖/非公平鎖邏輯嗎
看了上面的問(wèn)題，如果是胸有成竹，那就可以跳過(guò)這篇文章了。如果一臉問(wèn)號(hào)，這篇文章應(yīng)該對(duì)你有所幫助。
名詞解釋
首先明確下文章中用到的名詞，防止引起誤解。
等待隊(duì)列，互斥鎖實(shí)現(xiàn)中，當(dāng)線程搶鎖失敗時(shí)，會(huì)被放入一個(gè)隊(duì)列等待。當(dāng)別的線程釋放鎖后會(huì)喚醒隊(duì)列中的元素重新嘗試搶鎖，這個(gè)隊(duì)列一般稱為互斥等待隊(duì)列，本文中稱為等待隊(duì)列。
同步隊(duì)列，代碼中調(diào)用wait方法時(shí)，當(dāng)前線程會(huì)放入另外一個(gè)隊(duì)列，等待其它線程notify，這個(gè)隊(duì)列一般稱為同步等待隊(duì)列，本文中稱為同步隊(duì)列。
問(wèn)題解析
問(wèn)題1：ObjectMonitor和AQS有什么異同
ObjectMonitor和AQS（AbstractQueuedSynchronizer）都是依據(jù)管程模型的原理開(kāi)發(fā)的。所以在整體架構(gòu)上基本相同，都有共享變量和等待隊(duì)列，在實(shí)現(xiàn)上又有區(qū)別。
1）共享變量，ObjectMonitor中使用owner做共享變量，通過(guò)CAS設(shè)置owner為當(dāng)前線程來(lái)?yè)屾i。而AQS中的共享變量是一個(gè)整形的status。因?yàn)檫@一區(qū)別，導(dǎo)致ObjectMonitor需要定義一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)記錄鎖重入次數(shù)，而AQS需要額外定義個(gè)exclusiveOwnerThread來(lái)記錄當(dāng)前持有鎖的線程。
2）等待隊(duì)列，ObjectMonitor等待隊(duì)列使用了兩個(gè)隊(duì)列，cxq和entryList，而AQS僅使用了一個(gè)等待隊(duì)列。
3）條件同步，AQS支持在同一個(gè)鎖上創(chuàng)建多個(gè)條件變量，wait/notify更加靈活和精準(zhǔn)。而ObjectMonitor只有一個(gè)waitset，所有線程共享一個(gè)條件變量。
4）Share模式，AQS的Share模式可以使實(shí)現(xiàn)讀寫鎖更加簡(jiǎn)單。
問(wèn)題2: 為什么ObjectMonitor需要cxq和entryList兩個(gè)等待隊(duì)列
ObjectMonitor中加解鎖、wait/notify都涉及對(duì)等待隊(duì)列的進(jìn)出隊(duì)操作。如果使用一個(gè)隊(duì)列沖突的概率會(huì)加大，耗費(fèi)系統(tǒng)資源。分成2個(gè)隊(duì)列后，出入隊(duì)EntryList隊(duì)列只有加鎖的情況才會(huì)操作，不需要CAS和自旋，減少了資源消耗。
問(wèn)題3：cxq隊(duì)列中等待線程，什么時(shí)候會(huì)進(jìn)到EntryList
搶鎖線程在獲取鎖失敗后，默認(rèn)會(huì)進(jìn)cxq隊(duì)列。當(dāng)持有鎖的線程執(zhí)行完釋放鎖時(shí)，會(huì)將cxq中的等待節(jié)點(diǎn)放入EntryList中。就是說(shuō)cxq->EntryList這一步是鎖釋放之前的由持有鎖的線程做的。
問(wèn)題4：等待隊(duì)列中多個(gè)線程，喚醒的順序是什么
當(dāng)持有鎖的線程釋放鎖時(shí)，會(huì)先檢查EntryList是否為空，如果不為空則喚醒EntryList中第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。否則喚醒cxq中第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。EntryList和cxq中出入隊(duì)策略請(qǐng)看問(wèn)題6。
問(wèn)題5：偏向鎖和輕量級(jí)鎖下線程是否可以wait和notify
答案時(shí)是可以。原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)閣ait/notify時(shí)是需要加入或者喚醒同步隊(duì)列的，只有ObjectMonitor中才有同步隊(duì)列。
問(wèn)題6：cxq和waitset數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有什么區(qū)別
-
cxq是一個(gè)雙向鏈表，采用先進(jìn)后出的策略，就是說(shuō)后入隊(duì)的線程將先獲取到互斥鎖，結(jié)構(gòu)如下圖:
CXQ
當(dāng)前鎖被其它線程持有，t0先嘗試獲取鎖，t3最后嘗試，cxq當(dāng)前的狀態(tài)如上圖。最后入隊(duì)的t3會(huì)排在第一位。當(dāng)持有鎖的線程解鎖時(shí)，正常從隊(duì)首出隊(duì)，所以t3首先獲得鎖。
- waiset是一個(gè)回環(huán)鏈表，即尾節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)是頭節(jié)點(diǎn)，采用先進(jìn)先出的策略。結(jié)構(gòu)如下圖：
waitset
問(wèn)題7：notify/notifyAll后的線程和等待隊(duì)列中線程，誰(shuí)會(huì)優(yōu)先搶到鎖
使用notify和notifyAll喚醒wait線程，jvm的處理是有區(qū)別的。
1）如果是notify，喚醒的是waitset的隊(duì)首節(jié)點(diǎn)，如果這時(shí)候EntryList不為空，則放入EntryList，否則放入cxq。無(wú)論是放入那個(gè)隊(duì)列。因?yàn)槭莄xq后進(jìn)先出，所以被喚醒的線程比等待隊(duì)列中的線程先出隊(duì)，會(huì)先搶到鎖。
2）如果是notifyAll，會(huì)將waitset中的所有節(jié)點(diǎn)逐個(gè)放入cxq中。按照問(wèn)題4中的描述，如果EntryList不為空，則EntryList中首節(jié)點(diǎn)會(huì)先搶到鎖，否則waitset中原最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)先搶到鎖，如下圖所示：
waitset
問(wèn)題8：Synchronized有類似AQS的公平鎖/非公平鎖邏輯嗎
默認(rèn)情況下，線程進(jìn)入重量級(jí)鎖的搶鎖階段，第一步就會(huì)嘗試通過(guò)自旋來(lái)?yè)屾i，所以默認(rèn)相當(dāng)于AQS中的非公平鎖。即使自旋時(shí)未搶到鎖，按照上面講的cxq出入隊(duì)邏輯，也是后進(jìn)先出，正常情況下后進(jìn)入等待隊(duì)列的線程會(huì)先搶到鎖，這一點(diǎn)也是和AQS中相反的。
hotspot中對(duì)于重量級(jí)鎖的不同使用場(chǎng)景可以調(diào)整這個(gè)公平鎖邏輯，但是不提供jvm啟動(dòng)參數(shù)，需要修改jvm的編譯參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
總結(jié)
JVM中的Synchronized重量級(jí)鎖邏輯和JDK中的AQS都是依據(jù)管程模型的理論來(lái)設(shè)計(jì)的，所以有諸多的相似之處。建議感興趣的讀者可以了解下管程模型，對(duì)于理解互斥鎖會(huì)有很大幫助的。
