一:乐观锁CAS和自旋锁的关系
自旋锁是基于CAS实现的。
CAS没有自旋或者重试的效果,但是自旋锁是基于类似do-while的形式,不断尝试,直到成功为止。
CAS本质就是Unsafe类中的一个方法,他只会尝试一次,成功返回true,失败返回false。
CAS并不是在Java端实现的一个功能,而是在C++里面做的。
最终CAS会被翻译成一个指令。Atomic::cmpxchg,而这个指令是CPU原语,CPU认识这个指令。
二:CAS的效果是什么,在Java中如何使用CAS
CAS就是比较和交换,就是将内存中的某一个值,从oldValue,替换为newValue。替换的过程是先用oldValue比较内存值,如果一致,就替换,然后返回true。如果比较不一致,返回false。
比较和交换这两个操作是一条指令实现的。
Java中想用CAS操作的话,无法直接通过new或者是他提供的静态方法,直接使用。会抛出java.lang.SecurityException: Unsafe异常。
想用的话,unsafe类的对象需要通过反射的方式拿到。
public class MyTestCAS { private int value = 1; public static void main(String[] args) throws Exception { MyTestCAS test = new MyTestCAS(); Unsafe unsafe = null; Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe"); field.setAccessible(true); unsafe = (Unsafe) field.get(null); // 获取内存偏移量 long offset = unsafe.objectFieldOffset(MyTest.class.getDeclaredField("value")); // 执行CAS,这里的四个参数分别代表什么,你也要清楚~ System.out.println(unsafe.compareAndSwapInt(test, offset, 0, 11)); System.out.println(test.value); } }
三:CAS常见问题,以及如何解决
ABA问题:不一定是问题,大多数情况下,只存在++,--这种操作时,无所谓你这个值是否被改过。对最终结果和业务没影响的,不需要考虑。
如果要求整个过程的变化不存在并发问题,不能出现ABA的情况,就必须追加类似版本号的效果,Java中也提供了AtmoicStampedReference
自旋次数过多:
- 自旋一定次数,就挂起线程,别CAS了,浪费CPU资源。
- 采用分段锁的形式,不要专注于一个属性,如果业务允许,可以分开计算,最终汇总。
CAS本质无法锁住一段代码,只能保证修改一个属性的原子性:But,ReentrantLock就是基于CAS的原子性类实现锁住一段代码的。
四:synchronized的锁升级过程
无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁?是这么一步一步走过来的么?
其实状态不是这样一点一点来的。
无锁无法到偏向锁
偏向锁是可以到无锁状态的,偏向锁没有地儿存储hashcode之类的值,为了存储,要么升级到轻量级锁,存储到LockRecord里,要么降级为无锁,存在MarkWord里。
五:AQS是什么
先说清楚和JUC的关系以及说和JUC下其他类的关系,然后说内部的核心结构。你可以往你会的地方拐。
AQS本质就是JUC包下的一个抽象类,JUC包下的一些并发工具,并发集合,线程池,锁都是基于AQS作为基础类去实现的。
AQS里面有一个核心属性和两个核心的结构:
- volatile修改是,并且基于CAS修改的state属性。
- 由Node组成的一个双向链表,或者说叫同步队列。
- 由Node组成的一个单向链表,这个是用于实现类似synchronized的wait和notify的结构。
六:ReentrantLock获取锁的方式
- lock
- tryLock()
- tryLock(time,unit)
- lockInterruptibly
lock方法:死等,如果那不到锁,就一直等,你interrupt中断了也一直等。
tryLock()方法:浅尝一下,试一下,就一下,拿到快乐的返回true,拿不到,返回false。
tryLock(time,unit)方法:尝试time.unit这么尝试时间,如果拿到了,返回true,时间到了,没拿到,返回false。如果在拿的过程中,线程中断了,就抛出异常。
lockInterruptibly方法:死等,如果那不到锁,就一直等,如果被interrupt中断了,抛出异常
七:AQS中node的几种状态
Node有5种状态,1,0,-1,-2,-3
- 1:代表当前Node已经取消了,不排队了。
- 0:代表代表默认状态,啥事没有~
- -1:代表当前节点的next Node挂起了,需要被唤醒
- -2:当前Node被await挂起了,扔到了Condition的单向链表里。
- -3:传播用的,共享资源里会用到,读线程拿到锁资源后,如果同步队列里排的是共享资源Node,那就继续唤醒。
八:AQS中取消结点的过程
想拿资源的线程在排队,但是不想排了,需要取消排队的Node。
1、将排队的Node里的线程设置为null
2、跳过取消的前继节点,找到有效节点连接上
3、将Node的状态设置为1,代表取消
4、后续节点操作,分为几种情况
- 取消的节点是tail:直接更换尾节点为有效的前继节点
- 取消的节点不是head.next:确保后继节点可以被唤醒,将前继节点设置为-1。
- 取消的节点是head.next:直接唤醒后继节点。
5、将取消的节点的next指向自己
九:AQS中被唤醒时,head.next有问题时,怎么找
是从队列从后往前找,因为如果next后取消的节点,取消节点会将next指向自己,直接找不到了。
另外,节点加入的顺序,是先连接prev,再连接tail,最后将前继节点的next指向自己。
在AQS里,prev指针始终是正确的,next说不定。
十:为什么会有ReentrantReadWriteLock
首先,读写锁能解决的,互斥锁肯定能解决,但是,互斥锁的效率可能比较低。
比如说有一个业务,平均下来,10次读操作,1次写操作。
如果用互斥锁,可以保证线程安全,但是10次读操作也需要一个一个来。
但是,读读操作没有线程安全问题。
但是只要涉及到了写操作,比如读写操作,需要保证线程安全。只要有写线程,就必须满足互斥性。
所以JUC下就提供了一个ReentrantReadWriteLock,读写锁。这个锁的特点,就是读读可以一起操作,但是只要涉及到了写操作,就必须保证互斥。
十一:ReentrantReadWriteLock 是如何基于AQS实现的
lock锁,无论是读锁还是写锁,都是基于state属性判断的。
state是int,占32个bit为,将高16为,作为读锁的标识,低16位,作为写锁的标识。
如果线程要拿读锁,只需要确认没有写线程在持有写锁资源,并且队列中的head.next不是写锁(解决写锁饥饿问题),就可以直接获取读锁资源。
写锁需要确保没有读线程在持有读锁,并且没有其他线程在持有写锁,写锁才能拿到锁资源。