当前位置：首页 > news >正文

【JAVA】synchronized 关键字的底层实现涉及得三个队列

news 来源：原创 2024/9/27 16:55:25

synchronized 关键字的底层实现确实涉及三个主要的队列：cxq（Contention Queue）、EntryList 和 waitSet。这三个队列分别用于管理不同类型的等待线程。下面是每个队列的详细解释及其作用：

1. cxq（Contention Queue）

定义：cxq 是一个竞争队列，用于存储那些未能立即获得锁的线程。
行为：当一个线程试图获取一个已经被其他线程持有的锁时，该线程会被放入 cxq 中等待。cxq 是一个基于链表的数据结构，线程按照先进先出（FIFO）的原则排队。当锁被释放时，cxq 中的一个线程会被移到 EntryList 中，准备重新竞争锁。

2. EntryList

定义：EntryList 是一个等待队列，用于存储那些已经准备好竞争锁的线程。
行为：当 cxq 中的线程被移到 EntryList 中时，它们会尝试获取锁。
EntryList 也是一个基于链表的数据结构，线程按照先进先出（FIFO）的原则排队。当锁被释放时，EntryList 中的一个线程会被选中并获得锁。

3. waitSet

定义：waitSet 是一个条件等待队列，用于存储那些调用 wait 方法后被阻塞的线程。
行为：
当一个线程在临界区内调用 wait 方法时，它会释放锁并被放入 waitSet 中等待。
当其他线程调用 notify 方法时，waitSet 中的一个线程会被唤醒并重新竞争锁。
当其他线程调用 notifyAll 方法时，waitSet 中的所有线程都会被唤醒并重新竞争锁。

详细流程

获取锁：
线程 A 尝试进入由 synchronized 保护的代码块。
如果锁可用，线程 A 获得锁并进入临界区。
如果锁不可用，线程 A 被放入 cxq 中等待。
进入临界区：
线程 A 获得锁并进入临界区，执行受保护的代码。
调用 wait 方法：
线程 A 在临界区内调用 wait 方法。
线程 A 释放锁并被放入 waitSet 中等待。
其他线程（例如线程 B）可以竞争并获得锁。
释放锁：
当线程 B 完成临界区的执行或调用 notify/notifyAll 方法时，它会释放锁。释放锁后，cxq 中的一个线程（例如线程 C）会被移到 EntryList 中，准备重新竞争锁。
唤醒等待线程：
notify 方法：唤醒 waitSet 中的一个线程，使其重新竞争锁。
notifyAll 方法：唤醒 waitSet 中的所有线程，它们都会尝试获取锁。
释放锁后的具体行为
释放锁后：
优先从 cxq 中取出一个线程，将其移到 EntryList 中。
EntryList 中的线程会尝试获取锁。
如果 EntryList 为空，才会考虑 waitSet 中的线程。

public class SynchronizedExample {private final Object lock = new Object();public void methodA() {synchronized (lock) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " entered methodA");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " exiting methodA");}}public void methodB() {synchronized (lock) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " entered methodB");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " exiting methodB");}}public void methodC() {synchronized (lock) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " entered methodC");try {Thread.sleep(1000);lock.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " exiting methodC");}}public void methodD() {synchronized (lock) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " entered methodD");try {Thread.sleep(1000);lock.notifyAll();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " exiting methodD");}}public static void main(String[] args) {SynchronizedExample example = new SynchronizedExample();Thread thread1 = new Thread(() -> example.methodA(), "Thread1");Thread thread2 = new Thread(() -> example.methodB(), "Thread2");Thread thread3 = new Thread(() -> example.methodC(), "Thread3");Thread thread4 = new Thread(() -> example.methodC(), "Thread4");Thread thread5 = new Thread(() -> example.methodD(), "Thread5");thread1.start();thread2.start();thread3.start();thread4.start();thread5.start();}
}

解释

获取锁：
Thread1 和 Thread2 同时尝试进入 methodA 和 methodB，这两个方法都使用同一个 lock 对象。
只有一个线程可以获得锁并进入临界区，另一个线程会被放入 cxq 中等待。
进入临界区：
获得锁的线程进入临界区，执行 System.out.println 和 Thread.sleep 语句。
调用 wait 方法：
Thread3 和 Thread4 在 methodC 中调用 wait 方法，释放锁并被放入 waitSet 中等待。其他线程（例如 Thread5）可以竞争并获得锁。
释放锁：
当 Thread5 在 methodD 中调用 notifyAll 方法时，它会释放锁。
释放锁后，cxq 中的一个线程（例如 Thread1 或 Thread2）会被移到 EntryList 中，准备重新竞争锁。
waitSet 中的所有线程（例如 Thread3 和 Thread4）也会被唤醒并重新竞争锁。
输出结果：
由于 synchronized 的互斥性，输出结果会显示多个线程依次进入和退出临界区。
总结
cxq：竞争队列，用于存储那些未能立即获得锁的线程。
EntryList：等待队列，用于存储那些已经准备好竞争锁的线程。
waitSet：条件等待队列，用于存储那些调用 wait 方法后被阻塞的线程。
通过这三个队列，synchronized 能够在高并发环境下有效地管理线程的竞争和等待，确保线程同步的公平性和效率