「并发原理专题」AQS的技术体系之CLH、MCS锁的原理及实现,java架构和java开发

「并发原理专题」AQS的技术体系之CLH、MCS锁的原理及实现,java架构和java开发

  • 在SMP架构下,CLH更具有优势。

  • 在NUMA架构下,如果当前节点与前驱节点不在同一CPU模块下,跨CPU模块会带来额外的系统开销,而MCS锁更适用于NUMA架构。

加锁逻辑

1.获取当前线程的锁节点,如果为空,则进行初始化;

2.同步方法获取链表的尾节点,并将当前节点置为尾节点,此时原来的尾节点为当前节点的前置节点。

3.如果尾节点为空,表示当前节点是第一个节点,直接加锁成功。

  1. 如果尾节点不为空,则基于前置节点的锁值(locked==true)进行自旋,直到前置节点的锁值变为false。

解锁逻辑

  1. 获取当前线程对应的锁节点,如果节点为空或者锁值为false,则无需解锁,直接返回

  2. 同步方法为尾节点赋空值,赋值不成功表示当前节点不是尾节点,则需要将当前节点的locked=false解锁节点。如果当前节点是尾节点,则无需为该节点设置。

public class CLHLock {

private final AtomicReference tail;

private final ThreadLocal myNode;

private final ThreadLocal myPred;

public CLHLock() {

tail = new AtomicReference<>(new Node());

myNode = ThreadLocal.withInitial(() -> new Node());

myPred = ThreadLocal.withInitial(() -> null);

}

public void lock(){

Node node = myNode.get();

node.locked = true;

Node pred = tail.getAndSet(node);

myPred.set(pred);

while (pred.locked){}

}

public void unLock(){

Node node = myNode.get();

node.locked=false;

myNode.set(myPred.get());

}

static class Node {

volatile boolean locked = false;

}

}

MCS锁

MSC与CLH最大的不同并不是链表是显示还是隐式,而是线程自旋的规则不同:CLH是在前趋结点的locked域上自旋等待,而MCS是在自己的结点的locked域上自旋等待。正因为如此,它解决了CLH在NUMA系统架构中获取locked域状态内存过远的问题 。

MCS锁具体实现规则:

  • a. 队列初始化时没有结点,tail=null

  • b. 线程A想要获取锁,将自己置于队尾,由于它是第一个结点,它的locked域为false

  • c. 线程B和C相继加入队列,a->next=b,b->next=c,B和C没有获取锁,处于等待状态,所以locked域为true,尾指针指向线程C对应的结点

  • d. 线程A释放锁后,顺着它的next指针找到了线程B,并把B的locked域设置为false,这一动作会触发线程B获取锁。

public class MCSLock {

private final AtomicReference tail;

private final ThreadLocal myNode;

public MCSLock() {

tail = new AtomicReference<>();

myNode = ThreadLocal.withInitial(() -> new Node());

}

public void lock() {

Node node = myNode.

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get();

Node pred = tail.getAndSet(node);

if (pred != null) {

node.locked = true;

pred.next = node;

while (node.locked) {

}

}

}

public void unLock() {

Node node = myNode.get();

if (node.next == null) {

if (tail.compareAndSet(node, null)) {

return;

}

while (node.next == null) {

}

}

node.next.locked = false;

node.next = null;

}

class Node {

volatile boolean locked = false;

Node next = null;

}

public static void main(String[] args) {

MCSLock lock = new MCSLock();

Runnable task = new Runnable() {

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