java 并发编程之同步器

 
 在讨论Java的锁的时候，有一个概念很重要，那就是同步器，同步器可以想象成一种互斥量，当一个线程在进入临界区之前先要获得互斥量，同样，在线程获得同步状态之前也是需要获取到同步器。今天看到《java并发编程的艺术》第五章的时候觉得蛮有收获，所以这一篇算是整理下看书思路。
 
首先，我们来看一下Lock的接口
 

public interface Lock {

void lock();
boolean tryLock();
void unlock();
Condition newCondition();
}

 这个接口只是提供了几个常见的方法，而没有实现，当我们需要使用锁的时候会实现这个接口的lock和unlock方法，在这些方法的实现就是需要用到队列同步器 .AbstractQueuedSynchronizer, AbstractQueuedSynchronizer这个类提供了很多的同步方法，主要可分为三类：
1，状态追踪方法
       getState()   ：获取当前状态
       setState(int )：设置当前状态
       compareAndSetState(int expect,int update);  CAS如果当前是expect值则设置其值为update，CAS具有同步功能，因为它具有volatile的读写特性，保证编译器不会对这一段代码进行重排序
2,独占锁同步
       acquire（int arg） 获取锁
       acquireInterruptibly(int arg)  中断
       tryAcquireNanos(int arg,long nanos)  尝试获取锁，并且如果超时则放弃
       
       boolean release(int arg)  释放锁
       
3,共享锁同步 共享锁和独占所方法解释差不多，只是共享锁能够同时让多个线程执行，独占锁只能单独的线程获取同步状态后执行，其余线程会进入等待队列
       acquireShared(int arg)
       acquireSharedInterruptibly(int arg)
      tryAcqiuireSharedNanos(int arg,long nanos)
 
      boolean releaseShared(int arg);      
     
AbstractQueuedSynchronizer这个同步队列在很多的并行类或者容器中都能看到身影，因为它是负责很多的同步处理的关键，一个线程在进入临界区之前需要执行acquire方法获得同步机会，而acquire方法先要tryAcquire()如果能够获取则进入执行，如果不能获取则进入等待队列（acquire有比较复杂的方法使得进入等待队列能够实现同步，而且保持FIFO的算法）。
 
我们可以自定义自己的锁和同步器，通过继承AbstractQueuedSynchronizer这个类实现自己的同步器，而因为AbstractQueuedSynchronizer的acquire和release方法的都要执行tryAcquire和tryRelease方法，因此我们只需要重写这两个方法就能实现自定义的同步算法。
 
首先，我们来实现一个自定义的独占锁
 

package com.luchi.concurrencyImpl;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;

public class Mutex implements Lock{

//自定义内部类同步器
private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer{

@Override
protected boolean isHeldExclusively(){

return getState()==1;
}

@Override
public boolean tryAcquire(int acquires){

if(compareAndSetState(0, 1)){
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
return true;
}
return false;
}

@Override

public boolean tryRelease(int release){

if(getState()==0){
throw new IllegalMonitorStateException();
}
setExclusiveOwnerThread(null);
setState(0);
return true;

}
Condition newCondition(){return new ConditionObject();}

}

private final Sync sync=new Sync();

@Override
public void lock() {
// TODO Auto-generated method stub
sync.acquire(1);
}

@Override
public void unlock() {
// TODO Auto-generated method stub
sync.release(1);

}
@Override
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
// TODO Auto-generated method stub
sync.acquireInterruptibly(1);
}

@Override
public boolean tryLock() {
// TODO Auto-generated method stub
return sync.tryAcquire(1);
}

@Override
public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
// TODO Auto-generated method stub
return sync.tryAcquireNanos(1,unit.toNanos(time));
}

@Override
public Condition newCondition() {
// TODO Auto-generated method stub
return sync.newCondition();
}

}

 
接着我们来定义一段共享锁
 

package com.luchi.concurrencyImpl;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;

public class TwinsLock implements Lock{

private final Sync sync=new Sync(2);
//自定义队列同步器
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer{

//初始化队列同步器的
Sync(int count){
if(count<=0){
throw new  IllegalArgumentException("count must larger than zero");

}
setState(count);
}

@Override

public int tryAcquireShared(int reduceCount){

while(true){
int current=getState();
int newCount=current-reduceCount;
if(newCount<0 || compareAndSetState(current,newCount)){

return newCount;

}

}
}

@Override
public boolean tryReleaseShared(int returnCount){

while(true){

int current=getState();
int newCount=current+returnCount;
if(compareAndSetState(current, newCount)){
return true;
}
}

}

}

@Override
public void lock() {
// TODO Auto-generated method stub

sync.acquireShared(1);
}

@Override
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
// TODO Auto-generated method stub

}

@Override
public boolean tryLock() {
// TODO Auto-generated method stub
return false;
}

@Override
public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
// TODO Auto-generated method stub
return false;
}

@Override
public void unlock() {
// TODO Auto-generated method stub

sync.releaseShared(1);

}

@Override
public Condition newCondition() {
// TODO Auto-generated method stub
return null;
}

}

  可以看到，无论是共享锁合适独占锁，在自定义的时候只需要重写tryAcquire（或者tryAcquireShare）方法和tryRelease（或者tryReleaseShared）方法即可，独占锁因为“互斥量”为1所以不需要初始化，共享锁则可以自定义互斥量的多少，也就是定义多少个线程能够同时进入同步区。
 

另外我们也可以看到，锁和同步器的分离降低了两者之间的耦合度，也方便程序开发人员进行模块化定义和分工，这符合软件工程的思维