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ReentrantLock 核心源码解析

学习完 AQS，本文我们就来研究第一个 AQS 的实现类：ReentrantLock。 1 基本设计 ReentrantLock 可重入锁，可重入表示同一个线程可以对同一个共享资源重复的加锁或释放锁。 具有与使用 synchronized 方法和语句访问的隐式监视器锁相同的基本行为和语义的可重入互斥锁，但具有扩展功能。 ReentrantLock 由最后成功锁定但尚未解锁的线程所拥有。当另一个线程不拥有该锁时，调用该锁的线程将成功返回该锁。如果当前线程已经拥有该锁，则该方法将立即返回。可以使用 isHeldByCurrentThread 和getHoldCount 方法进行检查。 此类的构造函数接受一个可选的 fairness 参数。设置为true时，在争用下，锁倾向于授予给等待时间最长的线程。否则，此锁不能保证任何特定的访问顺序。使用多线程访问的公平锁的程序可能会比使用默认设置的程序呈现较低的总吞吐量（即较慢；通常要慢得多），但获得锁并保证没有饥饿的时间差异较小。但是请注意，锁的公平性不能保证线程调度的公平性。因此，使用公平锁的多个线程之一可能会连续多次获得它，而其他活动线程没有进行且当前未持有该锁。还要注意，未定时的 tryLock 方法不支持公平性设置。如果锁可用，即使其他线程正在等待，它将成功。 建议的做法是始终立即在调用后使用try块进行锁定，最常见的是在构造之前/之后，例如： class X { private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // ... public void m() { lock.lock(); // block until condition holds try { // ... method body } finally { lock.unlock() } } } 除了实现Lock接口之外，此类还定义了许多用于检查锁状态的 public 方法和 protected 方法。 其中一些方法仅对检测和监视有用。 此类的序列化与内置锁的行为相同：反序列化的锁处于解锁状态，而不管序列化时的状态如何。 此锁通过同一线程最多支持2147483647个递归锁。 尝试超过此限制会导致锁定方法引发错误。 2 类架构 ReentrantLock 本身不继承 AQS，而是实现了 Lock 接口 Lock 接口定义了各种加锁，释放锁的方法，比如 lock() 这种不响应中断获取锁，在ReentrantLock 中实现的 lock 方法是通过调用自定义的同步器 Sync 中的的同名抽象方法，再由两种模式的子类具体实现此抽象方法来获取锁。 ReentrantLock 就负责实现这些接口，使用时，直接调用的也是这些方法，这些方法的底层实现都是交给 Sync 实现。 3 构造方法 无参数构造方法相当于 ReentrantLock(false)，默认为非公平的锁 有参构造方法，可以选择锁的公平性 可以看出 公平锁依靠 FairSync 实现 非公平锁依靠 NonfairSync 实现 4 Sync 同步器 结构图 继承体系 可见是ReentrantLock的抽象静态内部类 Sync 继承了 AbstractQueuedSynchronizer ，所以ReentrantLock依靠 Sync 就持有了锁的框架，只需要 Sync 实现 AQS 规定的非 final 方法即可，只交给子类 NonfairSync 和 FairSync 实现 lock 和 tryAcquire 方法 4.1 NonfairSync - 非公平锁 Sync 对象的非公平锁 4.1.1 lock 非公平模式的 lock 方法 若 CAS（已经定义并实现在 AQS 中的 final 方法）state 成功，即获取锁成功并将当前线程设置为独占线程 若 CAS state 失败，即获取锁失败，则进入 AQS 中已经定义并实现的 Acquire 方法善后 这里的 lock 方法并没有直接调用 AQS 提供的 acquire 方法，而是先试探地使用 CAS 获取了一下锁，CAS 操作失败再调用 acquire 方法。这样设计可以提升性能。因为可能很多时候我们能在第一次试探获取时成功，而不需要再经过 acquire => tryAcquire => nonfairAcquire 的调用链。 4.1.2 tryAcquire 其中真正的实现 nonfairTryAcquire 就定义在其父类 Sync 中。下一节分析。 4.2 FairSync - 公平锁 只实现 lock 和 tryAcquire 两个方法 4.2.1 lock 公平模式的 lock 直接调用 acquire，而没有像非公平模式先试图获取，因为这样可能导致违反“公平”的语义：在已等待在队列中的线程之前获取了锁。acquire 是 AQS 的方法，表示先尝试获得锁，失败之后进入同步队列阻塞等待，详情见本专栏的上一文 4.2.2 tryAcquire 公平模式的 tryAcquire。不要授予访问权限，除非递归调用或没有等待线程或是第一个调用的。 该方法是 AQS 在 acquire 方法中留给子类去具体实现的 话不多说，看源码： protected final boolean tryAcquire(int acquires) { // 获取当前的线程 final Thread current = Thread.currentThread(); // 获取 state 锁的状态 int c = getState(); // state == 0 => 尚无线程获取锁 if (c == 0) { // 判断 AQS 的同步对列里是否有线程等待，若没有则直接 CAS 获取锁 if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) { // 获取锁成功，设置独占线程 setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } // 判断已经获取锁是否为当前的线程 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { // 锁的重入, 即 state 加 1 int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false; } 和 Sync 的 nonfairTryAcquire 方法实现类似，唯一不同的是当发现锁未被占用时，使用 hasQueuedPredecessors 确保了公平性。 hasQueuedPredecessors 会判断当前线程是不是属于同步队列的头节点的下一个节点(头节点是释放锁的节点) 如果是(返回false)，符合FIFO，可以获得锁 如果不是(返回true)，则继续等待 public final boolean hasQueuedPredecessors() { // 这种方法的正确性取决于头在尾之前初始化和头初始化。如果当前线程是队列中的第一个线程，则next是精确的 Node t = tail; // 按反初始化顺序读取字段 Node h = head; Node s; return h != t && ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread()); } 5 nonfairTryAcquire 执行非公平的 tryLock。 tryAcquire 是在子类中实现的，但是都需要对trylock 方法进行非公平的尝试。 final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { // 获取当前的线程 final Thread current = Thread.currentThread(); // 获取 AQS 中的 state 字段 int c = getState(); // state 为 0，表示同步器的锁尚未被持有 if (c == 0) { // CAS state 获取锁(这里可能有竞争，所以可能失败) if (compareAndSetState(0, acquires)) { // 获取锁成功, 设置获取独占锁的线程 setExclusiveOwnerThread(current); // 直接返回 true return true; } } // 判断现在获取独占锁的线程是否为当前线程（可重入锁的体现） else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { // state 计数加1(重入获取锁) int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) // 整型溢出 throw new Error("Maximum lock count exceeded"); // 已经获取 lock，所以这里不考虑并发 setState(nextc); return true; } return false; } 无参的 tryLock 调用的就是此方法 6 tryLock 6.1 无参 Lock 接口中定义的方法。 仅当锁在调用时未被其他线程持有时，才获取锁 如果锁未被其他线程持有，则获取锁，并立即返回值 true，将锁持有计数设置为1。即使这个锁被设置为使用公平的排序策略，如果锁可用，调用 tryLock() 也会立即获得锁，不管其他线程是否正在等待锁。这种妥协行为在某些情况下是有用的，虽然它破坏了公平。如果想为这个锁执行公平设置，那么使用 tryLock(0, TimeUnit.SECONDS)，这几乎是等价的(它还可以检测到中断)。 如果当前线程已经持有该锁，那么持有计数将增加1，方法返回true。如果锁被另一个线程持有，那么这个方法将立即返回值false。 典型的使用方法 Lock lock = ...; if (lock.tryLock()) { try { // manipulate protected state } finally { lock.unlock(); } } else { // 执行可选的操作 } 6.2 有参 提供了超时时间的入参，在时间内，仍没有得到锁，会返回 false 其中的 doAcquireNanos 已经实现好在 AQS 中。 7 tryRelease 释放锁，对于公平和非公平锁都适用 protected final boolean tryRelease(int releases) { // 释放 releases (由于可重入，这里的 c 不一定直接为 0) int c = getState() - releases; // 判断当前线程是否是获取独占锁的线程 if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) throw new IllegalMonitorStateException(); boolean free = false; // 锁已被完全释放 if (c == 0) { free = true; // 无线程持有独占锁，所以置 null setExclusiveOwnerThread(null); } setState(c); return free; } 8 总结 AQS 搭建了整个锁架构，子类锁的实现只需要根据场景，实现 AQS 对应的方法即可。
2020-05-16
优秀的个人博客,低调大师

RocketMQ核心概念（翻译）

根据上面的模型，我们可以深挖关于消息系统设计的一些主题： 消费组并发性 消费者热点问题 消费者负载均衡 消息路由 连接多路复用 金丝雀部署 生产者 生产者将业务应用产生的消息发送到broker。生产者提供多种发送模式：同步，异步和单向。 生产者群组 相同角色的多个生产者组合在一起。如果原始生产者事物之后崩溃，broker联系同一生产者组内的不同生产者实例提交或回滚事务。 注意 考虑到提供的生产者在发送消息方面足够强大，每个生产者组只允许一个生产者实例，以避免多余的生产者实例初始化。 消费者 消费者从brokers拉去消息和将它们给应用。从用户应用角度，提供了两种消费者： pull消费者 pull消费者主动从broker获取消息。一旦批量的消息被取回，用户应用开始消费处理。 push消费者 另一方面，push消费组封装消息拉取，消费进度和维护其他内部工作，为最终用户留下回调接口，实现在消息到达时执行。 消费者群组 类似前面提到的生产者群组，同样角色的消费者组合在一起称为消费者群组。 消费者群组是一个很好的概念，在消息消费方面，达到负载均衡和容错是很容易的。 注意 消费者群组的消费者必须拥有相同的主题订阅。 主题 主题是生产者发送消息和消费者提取消息的一种分类。主题与生产者和消费者的关系很松散。更具体的说，一个主题可能那个有0，1或多个生产者向其发送信息；相反，一个消费组可以发送不同主题的消息。从消费者来看，一个主题可能被0，1或多个消费组群组订阅。类似，一个消费者群组可能订阅一个或多个主题，只要该组的实例一直保持它们的订阅。 消息 被投递的信息称为消息。一个消息必需有一个主题，它可以被理解为信件可以邮寄到的地址。一个消息也可以有可选的标签和额外的键值对。例如，你可以给消息设置一个业务键，并在broker上查找本消息来诊断开发中的问题。 消息队列 消息队列，主题被分为一个或多个子主题。 标签 标签，也可以称为子主题，为用户提供了更多的灵活性。来自于同一业务模型的不同用途的消息可以有相同的主题和不同的标签。标签对于保持代码清晰和连贯是非常有帮助的，并且标签同样可以促进RocketMQ提供的查询系统。 代理broker Broker是RocketMQ系统非常重要的组件。它接收来自于生产者的消息，存储消息并准本处理来自消费者的pull请求。它同样存储与消息相关的元数据，包括消费组群组，消费进度偏移量和主题/队列信息。 name server name server作为信息信息提供者。生产者/消费组客户端通过主题来发现相应的broker列表。 消息模型 集群 广播 消息顺序 使用DefaultMQPushConsumer时，你可以决定串行或并行消费消息。 串行 串行消费消息意味着，消息消费与生产者为每个消息队列发送的消息有相同的顺序。如果强制方案是处理顺序的全局性，请确保使用的主题只有一个消息队列。 警告： 如果指定串行消费，消息消费的最大并行数 就是消费者群组订阅消费队列的数量。 并行 并行消费消息时，消息消费的最大并行数只受限于每个消费者客户端指定的线程池。 警告： 此模式不保证消息的顺序。
2018-10-31

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