setState 和 compareAndSetState方法作用分析

本文深入分析了AQS中的getState, compareAndSetState和setState方法。compareAndSetState通常在获取锁前使用,确保state修改的原子性;而setState则在持有锁时使用,更注重修改性能。

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AQS中有三个protected方法:getState, setState, compareAndSetState。

这三个方法是AQS中提供给自定义同步器来获取state状态的三个基本工具方法,那么setState和compareAndSetState都是用来修改状态的,两者有什么不一样,为什么两者能共存,其各自使用场景分别是什么?

分析AQS和ReentrantLock的源码可知:

  • compareAndSetState通常用于在获取到锁之前,尝试加锁时,对state进行修改,这种场景下,由于当前线程不是锁持有者,所以对state的修改是线程不安全的,也就是说可能存在多个线程都尝试修改state,所以需要保证对state修改的原子性操作,即使用了unsafe类的本地CAS方法;
  • setState方法通常用于当前正持有锁的线程对state变量进行修改,不存在竞争,是线程安全的,所以此处没必要用CAS保证原子性,修改的性能更重要。
公平锁是一种多线程同步机制,它可以保证多个线程按照请求锁的顺序依次获得锁。在Java中,公平锁的实现类是ReentrantLock,下面我们来分析一下它的源码。 ReentrantLock的构造函数如下: ``` public ReentrantLock(boolean fair) { sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync(); } ``` 可以看到,ReentrantLock的构造函数接受一个boolean类型的参数fair,用来指定该锁是否为公平锁。如果fair为true,则创建一个FairSync对象,否则创建一个NonfairSync对象。这两个对象都是ReentrantLock的内部类,它们分别实现了公平锁非公平锁的逻辑。 FairSync的实现如下: ``` static final class FairSync extends Sync { final void lock() { acquire(1); } protected final boolean tryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false; } } ``` FairSync继承了Sync类,它实现了公平锁的逻辑。FairSync中的lock方法直接调用了acquire方法,acquire方法中会调用tryAcquire方法来尝试获取锁。tryAcquire方法首先判断当前锁的状态,如果状态为0,表示锁没有被占用,这时它会判断是否有等待队列中的线程,如果没有,则尝试获取锁。如果状态不为0,表示锁已经被占用,这时它会判断当前线程是否为锁的持有者,如果是,则直接增加锁的状态计数器,否则返回false表示获取锁失败。 NonfairSync的实现如下: ``` static final class NonfairSync extends Sync { final void lock() { if (compareAndSetState(0, 1)) setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); else acquire(1); } protected final boolean tryAcquire(int acquires) { return nonfairTryAcquire(acquires); } } ``` NonfairSync同样继承了Sync类,它实现了非公平锁的逻辑。NonfairSync中的lock方法首先尝试使用CAS操作来获取锁,如果成功则设置当前线程为锁的持有者,否则调用acquire方法。tryAcquire方法中调用了nonfairTryAcquire方法来尝试获取锁,这个方法与FairSync中的tryAcquire方法类似,只是它不会判断等待队列中的线程是否比当前线程更早请求锁。 总结一下,ReentrantLock实现了公平锁非公平锁两种逻辑,它的内部类Sync、FairSyncNonfairSync分别实现了锁的基本逻辑,包括获取锁、释放锁等。在使用ReentrantLock时,我们可以选择使用公平锁或非公平锁,具体取决于我们的需求。
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