Java并發核心淺談

cppowboy 發布于2019-08-16 18:04 / 3394人閱讀

摘要：耐心看完的你或多或少會有收獲并發的核心就是包，而的核心是抽象隊列同步器，簡稱，一些鎖啊信號量啊循環屏障啊都是基于。

耐心看完的你或多或少會有收獲！

Java并發的核心就是 java.util.concurrent 包，而 j.u.c 的核心是AbstractQueuedSynchronizer抽象隊列同步器，簡稱 AQS，一些鎖啊！信號量啊！循環屏障啊！都是基于AQS。而 AQS 又是基于Unsafe的一系列compareAndSwap，所以理解了這塊，并發不再是問題！

希望你已經了解了 Java內存模型

何為 CAS

先解釋下何為compareAndSwap，就拿AtomicInteger來舉例了：

    // 實際操作的值
    private volatile int value;
    // value 的偏移量 因為 int 是32位，知道首部地址就可以了
    private static final long valueOffset;
    // 靜態初始化塊，通過虛擬機提供的接口，獲得 valueOffset = 12
    // 不論你實例化多少個 AtomicInteger 對象，這些對象盡管指向不同的堆內存，但是結構都是一樣的
    // 所以初始化一次就好了
    static {
         try {
             valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
                 (AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
         } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
     }
     
    // 只是個封裝方法，起作用的代碼并不在這
    // 值得注意的是顯式的 this 和第三個參數 1
    public final int getAndIncrement() {
            return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
    }
    
    // 以下是 Unsafe 類 可以直接訪問內存地址，類似指針，所以不安全
    // o 就是 getAndIncrement()傳入的 this，也就是 AtomicInteger 實例對象
    // offset 內存首部偏移量
    // delta 就是那個 1
    // 應該是希臘字母 δ /"delt?/ delta 變化量，化學反應中的加熱，屈光度，一元二次方程中的判別式
    // 佩服

    public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
            int v;
            do {
                v = getIntVolatile(o, offset);
            } while (!compareAndSwapInt(o, offset, v, v + delta));
            return v;
    }
    
    // 從堆內存獲取最新的 value
    // 如果不明白，可以先了解下 JMM 和 volatile
    public native int getIntVolatile(Object o, long offset);
    
    // expected 就是這個 v = getIntVolatile(o, offset);
    // 意思就是，我給你這個最新的 value，它要是現在 在內存中還是這個值 那你就返回 true，并且把這塊內存上值更新為 x 
    // 不然的話，我就一直 while (!compareAndSwapInt(o, offset, v, v + delta));
    // 相當于自旋鎖 活鎖，不要被高大上的術語嚇到 就是活的循環，不會像死鎖那樣線程 hang 住
    public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset, int expected, int x);

何為 Lock

知道了CAS就可以進一步的說說ReentrantLock，如果不曾了解Java對象結構，建議先了解下 Java 對象的內存結構

AQS的幾個子類，由于方法和功能不一，在同步處理的細節上可能不一樣。但是，原理都是一樣的，離不開上述的CAS

        // 我先簡單解釋一下 synchronized 工作原理 首先它含有 monitorenter 和 monitorexit 兩條指令
    // Java 中的每個對象都有自己的 Monitor(由HotSpot c++ 實現)
    // 當某個線程進入加鎖的代碼（實際上應該是拿到被加鎖的對象在內存的引用地址）
    // 會執行 monitorenter 然后將 monitor 置為1，當其它線程訪問該內存時，發現 monitor 不為 0
    // 所以其它線程無法獲得 monitor，直到占有 monitor 的線程執行 monitorexit 退出將 monitor 減 1
    // 如果占有 monitor 的線程重復進入，monitor 是可以一直累加的（可重入鎖，例如通過遞歸或方法互調）
    // 了解了 synchronized 基本的工作原理，就會明白為什么會有諸如 nonfairTryAcquire(1) release(1) 的方法
    
    // 這是 AbstractQueuedSynchronizer 類中的字段
    // 因為 ReentrantLock 中的內部類 Sync 繼承于 AQS
    // The synchronization state
    private volatile int state;
    
    // tryLock why ?
    // 因為不同于 synchronized 的悲觀（我才不管你是不是并發，多線程，聲明了，我就加鎖）
    // 所以 ReentrantLock 我先 try 一 try 吧！萬一不是多線程并發呢！

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