04. AQS和ReentrantLock

3y 2021-08-19 13:46:54
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面试官今天我们来聊聊lock锁吧?

候选者:嗯嗯嗯,没问题

面试官:先问点简单的吧,刚睡醒,还是有点困的。

候选者:刚睡醒来面我干嘛?你就这态度?

面试官:哈?你刚说了什么?

候选者:没事,我没说话…

面试官你知道什么叫做公平和非公平锁吗

候选者:公平锁指的就是:在竞争环境下,先到临界区的线程比后到的线程一定更快地获取得到锁

候选者:那非公平就很好理解了:先到临界区的线程未必比后到的线程更快地获取得到锁

面试官如果让你实现的话,你怎么实现公平和非公平锁?

候选者:公平锁可以把竞争的线程放在一个先进先出的队列上

候选者:只要持有锁的线程执行完了,唤醒队列的下一个线程去获取锁就好了

候选者:非公平锁的概念上面已经提到了:后到的线程可能比前到临界区的线程获取得到锁

候选者:那实现也很简单,线程先尝试能不能获取得到锁,如果获取得到锁了就执行同步代码了

候选者:如果获取不到锁,那就再把这个线程放到队列呗

候选者:所以公平和非公平的区别就是:线程执行同步代码块时,是否会去尝试获取锁。

候选者:如果会尝试获取锁,那就是非公平的。如果不会尝试获取锁,直接进队列,再等待唤醒,那就是公平的。

面试官为什么要进队列呢?线程一直尝试获取锁不就行了么?

候选者:一直尝试获取锁,专业点就叫做自旋,需要耗费资源的。

候选者:多个线程一直在自旋,而且大多数都是竞争失败的,哪有人会这样实现的

候选者:不会吧,不会吧,你不会就是这样实现的吧

面试官:我就问问…

面试官那上次面试所问的synchronized锁是公平的还是非公平的?

候选者:非公平的。

候选者:偏向锁很好理解,如果当前线程ID与markword存储的不相等,则CAS尝试更换线程ID,CAS成功就获取得到锁了

候选者:CAS失败则升级为轻量级锁

候选者:轻量级锁实际上也是通过CAS来抢占锁资源(只不过多了拷贝Mark Word到Lock Record的过程)

候选者:抢占成功到锁就归属给该线程了,但自旋失败一定次数后升级重量级锁

候选者:重量级锁通过monitor对象中的队列存储线程,但线程进入队列前,还是会先尝试获取得到锁,如果能获取不到才进入线程等待队列中

候选者:综上所述,synchronized无论处理哪种锁,都是先尝试获取,获取不到才升级|| 放到队列上的,所以是非公平的

面试官:嗯,讲得挺仔细的。AQS你了解吗?

候选者:嗯嗯,AQS全称叫做AbstractQueuedSynchronizer

候选者:是可以给我们实现锁的一个「框架」,内部实现的关键就是维护了一个先进先出的队列以及state状态变量

候选者:先进先出队列存储的载体叫做Node节点,该节点标识着当前的状态值、是独占还是共享模式以及它的前驱和后继节点等等信息

候选者:简单理解就是:AQS定义了模板,具体实现由各个子类完成。

候选者:总体的流程可以总结为:会把需要等待的线程以Node的形式放到这个先进先出的队列上,state变量则表示为当前锁的状态。

候选者:像ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、CountDownLatch、Semaphore这些常用的实现类都是基于AQS实现的

候选者:AQS支持两种模式:独占(锁只会被一个线程独占)和共享(多个线程可同时执行)

面试官你以ReentrantLock来讲讲加锁和解锁的过程呗

候选者:以非公平锁为了,我们在外界调用lock方法的时候,源码是这样实现的

候选者:1):CAS尝试获取锁,获取成功则可以执行同步代码

候选者:2):CAS获取失败,则调用acquire方法,acquire方法实际上就是AQS的模板方法

候选者:3):acquire首先会调用子类的tryAcquire方法(又回到了ReentrantLock中)

候选者:4):tryAcquire方法实际上会判断当前的state是否等于0,等于0说明没有线程持有锁,则又尝试CAS直接获取锁

候选者:5):如果CAS获取成功,则可以执行同步代码

候选者:6):如果CAS获取失败,那判断当前线程是否就持有锁,如果是持有的锁,那更新state的值,获取得到锁(这里其实就是处理可重入的逻辑)

候选者:7):CAS失败&&非重入的情况,则回到tryAcquire方法执行「入队列」的操作

候选者:8):将节点入队列之后,会判断「前驱节点」是不是头节点,如果是头结点又会用CAS尝试获取锁

候选者:9):如果是「前驱节点」是头节点并获取得到锁,则把当前节点设置为头结点,并且将前驱节点置空(实际上就是原有的头节点已经释放锁了)

候选者:10):没获取得到锁,则判断前驱节点的状态是否为SIGNAL,如果不是,则找到合法的前驱节点,并使用CAS将状态设置为SIGNAL

候选者:11):最后调用park将当前线程挂起

面试官:你说了一大堆,麻烦使用压缩算法压缩下加锁的过程。

候选者:压缩后:当线程CAS获取锁失败,将当前线程入队列,把前驱节点状态设置为SIGNAL状态,并将自己挂起。

面试官为什么要设置前驱节点为SIGNAL状态,有啥用?

候选者:其实就是表示后继节点需要被唤醒

候选者:我先把解锁的过程说下吧

候选者:1):外界调用unlock方法时,实际上会调用AQS的release方法,而release方法会调用子类tryRelease方法(又回到了ReentrantLock中)

候选者:2):tryRelease会把state一直减(锁重入可使state>1),直至到0,当前线程说明已经把锁释放了

候选者:3):随后从队尾往前找节点状态需要 < 0,并离头节点最近的节点进行唤醒

候选者:唤醒之后,被唤醒的线程则尝试使用CAS获取锁,假设获取锁得到则把头节点给干掉,把自己设置为头节点

候选者:解锁的逻辑非常简单哈,把state置0,唤醒头结点下一个合法的节点,被唤醒的节点线程自然就会去获取锁

面试官:嗯,了解了。

候选者:回到上一个问题,为什么要设置前驱节点为SIGNAL状态

候选者:其实归终结底就是为了判断节点的状态,去做些处理。

候选者:Node 中节点的状态有4种,分别是:CANCELLED(1)、SIGNAL(-1)、CONDITION(-2)、PROPAGATE(-3)和0

候选者:在ReentrantLock解锁的时候,会判断节点的状态是否小于0,小于等于0才说明需要被唤醒

候选者:另外一提的是:公平锁的实现与非公平锁是很像的,只不过在获取锁时不会直接尝试使用CAS来获取锁。

候选者:只有当队列没节点并且state为0时才会去获取锁,不然都会把当前线程放到队列中

面试官:最后画个流程图吧,你画好了,他们会给你点赞和转发的

候选者:真的假的?

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