JDK里的自旋锁怎么用

这篇文章主要为大家展示了“JDK里的自旋锁怎么用”，内容简而易懂，条理清晰，希望能够帮助大家解决疑惑，下面让小编带领大家一起研究并学习一下“JDK里的自旋锁怎么用”这篇文章吧。

自旋锁是采用让当前线程不停地的在循环体内执行实现的，当循环的条件被其他线程改变时才能进入临界区。

JDK里面自旋锁的实现有 SynchronousQueue  和 LinkedTransferQueue。  

先说公平锁，先等待的线程先获得数据。SynchronousQueue的内部类TransferQueue实现了公平锁。

某一时刻 线程A看到内存的情况如下：   链表，head 和 tail 分别指向链首和链尾，并且线程执行了ht = tail 。

*
*  head            ht=tail
*    |               |
*    v               v*    M ->  U -> U -> U*

M 代表match ， 表示该节点已经匹配到了数据，  poll 等到了 offer ，或者 offer 等到了 poll 。

U 代表unmatch ， 表示该节点在等待填充数据或者数据等待poll 。

由于并发操作，经过其他线程的操作使得链表变成如下：（此操作是瞬间完成的）

*   head            ht      tail
*    |              |         |
*    v              v         v
*    M -> M -> U -> U -> U -> U*

有两个U节点添加进来， 第二个节点M匹配到了数据。

假设此时线程A想再往链表添加U节点：

那么需要进行那些操作？

1： 发现ht != tail , 于是需要继续循环

2：在 ht == tail 的情况下需要先 判断 tail.next 是否为null ， 如果不是则继续循环

3：新建一个node，将 tail.next 指向新node。

4：将U赋值给tail 。    （如果只执行了3而还没有执行4，就会出现2中的情况，ht=tail,但是ht.next 为空，说明此时有线程执行了3操作但是还没有执行4操作，此时只需要继续循环即可）

*  head           ht=tail*    |              |*    v              v*    U -> U -> U -> U -> U

/* *   head                tail *    |                   | *    v                   v
 *    U -> U -> U -> U -> U
 * */

5：  自旋等待match。

6： 等待结束有两种可能结果： 6.1 超时取消    6.2 成功  

成功时： 因此只需将 head 指向node.next . 并且将 node.next 置空。 虽然此时   M -> M  但是只要其它线程正确的执行了M.next = null 即可。

/* *                  head                    tail *                   |                        | *                   v                        v
 *    M  M  M  M  M  M -> M -> U -> U - > U ->U
 * *//*
 *                           head          tail
 *                            |              |
 *                            v              v
 *    M  M  M  M  M  M ->  M  U -> U - > U ->U
 *
 */

等待超时：此时U按理也应该来到了链首，前面node的也都超时了，但万一其他的线程没有获得cpu呢，就会出现如下的状况，需要将U前面的几个node也顺便清理掉

/* *                  head                    tail *                   |                        | *                   v                        v *    M  M  M  M  M  U -> U -> U -> U - > U ->U * */

假设此时线程A是想将U变成M，这个逻辑很简单，按顺序找到一个U，尝试给U的item赋值。成功结束，不成功继续循环。

E transfer(E e, boolean timed, long nanos) {    QNode s = null; // constructed/reused as needed    boolean isData = (e != null);    for (;;) {
        QNode t = tail;        QNode h = head;        if (t == null || h == null)         // saw uninitialized value            continue;                       // spin        if (h == t || t.isData == isData) { // empty or same-mode            QNode tn = t.next;            if (t != tail)                  // inconsistent read                continue;            if (tn != null) {               // lagging tail                advanceTail(t, tn);                continue;            }if (timed && nanos <= 0)        // can't wait                return null;            if (s == null)
                s = new QNode(e, isData);            if (!t.casNext(null, s))        // failed to link in                continue;            advanceTail(t, s);              // swing tail and wait            Object x = awaitFulfill(s, e, timed, nanos);            if (x == s) {                   // wait was cancelled                clean(t, s);                return null;            }if (!s.isOffList()) {           // not already unlinked                advanceHead(t, s);          // unlink if head                if (x != null)              // and forget fields                    s.item = s;                s.waiter = null;            }return (x != null) ? (E)x : e;        } else {                            // complementary-mode            QNode m = h.next;               // node to fulfill            if (t != tail || m == null || h != head)continue;                   // inconsistent read            Object x = m.item;            if (isData == (x != null) ||    // m already fulfilled                x == m ||                   // m cancelled                !m.casItem(x, e)) {         // lost CAS                advanceHead(h, m);          // dequeue and retry                continue;            }

            advanceHead(h, m);              // successfully fulfilled            LockSupport.unpark(m.waiter);            return (x != null) ? (E)x : e;        }
    }
}

自旋分析：

Object awaitFulfill(QNode s, E e, boolean timed, long nanos) {/* Same idea as TransferStack.awaitFulfill */    final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;    Thread w = Thread.currentThread();    int spins = ((head.next == s) ?
                 (timed ? maxTimedSpins : maxUntimedSpins) : 0);    for (;;) {if (w.isInterrupted())
            s.tryCancel(e);        Object x = s.item;        if (x != e)return x;        if (timed) {
            nanos = deadline - System.nanoTime();            if (nanos <= 0L) {
                s.tryCancel(e);                continue;            }
        }if (spins > 0)
            --spins;        else if (s.waiter == null)
            s.waiter = w;        else if (!timed)
            LockSupport.park(this);        else if (nanos > spinForTimeoutThreshold)
            LockSupport.parkNanos(this, nanos);    }
}

循环判断 node.item 有没有变化，如果有变化则匹配成功，如果没有则继续循环， 循环一定的次数(spins)后还没有匹配成功则使用 LockSupport.park() 来阻塞线程。这个循环过程即可称为自旋。

但是公平锁存在一个问题：

/* * *  head            ht=tail *    |               | *    v               v *    M ->  U -> U -> U *   
 *   | *   | *  U变成M，但是此线程并没有获得cpu，没法立即执行，于是后面获得cpu的线程便有了意见，为啥不将数据给我，我能立即执行。 */

要想解决此问题说来也十分简单，每个线程只需不停的将自己的node和head进行交换(casHead)即可优先获得task。 这个是在 TransferStack中实现的，说起来简单，但实现起来则困难得多。其实这也是经常听到的抢占式执行吧，SynchronousQueue 默认使用非公平锁。

public SynchronousQueue() {this(false);}public SynchronousQueue(boolean fair) {transferer = fair ? new TransferQueue<E>() : new TransferStack<E>();}

以上是“JDK里的自旋锁怎么用”这篇文章的所有内容，感谢各位的阅读！相信大家都有了一定的了解，希望分享的内容对大家有所帮助，如果还想学习更多知识，欢迎关注亿速云行业资讯频道！