深入解析 Android 进阶中的 Lock 机制
最编程
2024-07-28 18:15:44
...
Lock简介
Lock接口位于J.U.C下locks包内,其定义了Lock应该具备的方法。
Lock 方法签名:
- void lock():获取锁(不死不休,拿不到就一直等)
- boolean tryLock():获取锁(浅尝辄止,拿不到就算了)
- boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException:获取锁(过时不候,在一定时间内拿不到锁,就算了)
- void lockInterruptibly() throws InterruptedException:获取锁(任人摆布,xxx)
- void unlock():释放锁
- Condition newCondition():获得Condition对象
synchronized和lock的区别:
- synchronized是java关键字,是用c++实现的;而lock是用java类,用java可以实现
- synchronized可以锁住代码块,对象和类,但是线程从开始获取锁之后开发者不能进行控制和了解;lock则用起来非常灵活,提供了许多api可以让开发者去控制加锁和释放锁等等。
写个Demo
static Lock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { lock.lock();//其他没拿到锁的卡住不动 Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("start to get lock Interruptibly");
lock.unlock(); //看看会发生什么,注释掉再看看
lock.lock();
System.out.println("拿到锁");
lock.unlock();
System.out.println("释放锁");
}
});
thread.start(); Thread.sleep(3000);
lock.unlock();
}
我们自己来手写一下lock接口的tryLock()、lock()和unLock()方法,实现我们自己的myLock。
public class MyLock implements Lock {
//多并发调用 0-未占用 大于0-占用
AtomicInteger state = new AtomicInteger(); Thread ownerThread = new Thread(); //等待锁的队列
LinkedBlockingQueue<Thread> waiters = new LinkedBlockingQueue(); @Override
public void lock() {
if (!tryLock()) { //先抢锁,所以是非公平锁
//没拿到锁,放到队列中去进行排队
waiters.add(Thread.currentThread());
//等待被唤醒
for (; ; ) {
if (tryLock()) { //非公平锁情况下,唤醒过来继续获取锁
waiters.poll(); //获取锁成功把自己从队列中取出来
return;
} else //获取锁失败
LockSupport.park(); //线程阻塞
}
}
} @Override
public boolean tryLock() {
if (state.get() == 0) { //如果锁没被占用
if (state.compareAndSet(0, 1)) { //如果成功拿到锁
ownerThread = Thread.currentThread(); //占用锁线程改为当前线程
return true;
}
}
return false;
} @Override
public void unlock() { if (ownerThread != Thread.currentThread()) //占用锁线程不是当前线程无法释放锁
throw new RuntimeException("非法调用,当前锁不属于你"); if (state.decrementAndGet() == 0) //如果成功释放锁
ownerThread = null; //占用锁线程置空
//通知其他线程
// Thread thread = null;
//
// while ((thread = waiters.peek()) != null)
// LockSupport.unpark(thread);
Thread thread = waiters.peek(); //获取队列头部线程,线程还留在队列中
if (thread != null) {
LockSupport.unpark(thread); //取消阻塞
}
} @Override
public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
return false;
} @Override
public Condition newCondition() {
return null;
} @Override
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException { }
}
几个注意点:
- 锁的占用状态state是AtomicInteger类型,底层原理是CAS,这是为了保证在多并发情况下线程安全问题;
- 当线程1释放锁成功时,获取队列头部线程但并不取出,因为非公平锁模式下,队列头部线程不一定能获取到锁;
- LockSupport的park()和unPark()方法是native方法,可以阻塞,唤醒线程;
Lock默认是非公平锁,上面实现的也是非公平锁,小伙伴们可以试一试。
公平锁和非公平锁区别:
先等待先获取锁是公平锁;先等待也不一定先获取锁,可能被突然到来的线程获取到是非公平锁;
公平锁的实现:
@Override
public void lock() {
checkQueue();//线程来的时候先不获取锁,而是先检查队列中有没有等待的线程,如果有,直接放入队列,如果没有,再去获取锁
if (!tryLock()) { //先抢锁,所以是非公平锁
//没拿到锁,放到队列中去进行排队
waiters.add(Thread.currentThread());
//等待被唤醒
for (; ; ) {
if (tryLock()) { //非公平锁情况下,唤醒过来继续获取锁
waiters.poll(); //获取锁成功把自己从队列中取出来
return;
} else //获取锁失败
LockSupport.park(); //线程阻塞
}
}
}
lock源码
在阅读源码的成长的过程中,有很多人会遇到很多困难,一个是源码太多,另一方面是源码看不懂。在阅读源码方面,我提供一些个人的建议:
- 第一个是抓主舍次,看源码的时候,很多人会发现源码太长太多,看不下去,这就要求我们抓住哪些是核心的方法,哪些是次要的方法。当舍去次要方法,就会发现代码精简和很多,会大大提高我们阅读源码的信心。
- 第二个是不要死扣,有人看源码会一行一行的死扣,当看到某一行看不懂,就一直停在那里死扣,知道看懂为止,其实很多时候,虽然看不懂代码,但是可以从变量名和方法名知道该代码的作用,java中都是见名知意的。
接下来进入阅读lock的源码部分,在lock的接口中,主要的方法如下:
public interface Lock {
// 加锁
void lock();
// 尝试获取锁
boolean tryLock();
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
// 解锁
void unlock();
}
在lock接口的实现类中,最主要的就是ReentrantLock
,来看看ReentrantLock
中lock()
方法的源码:
// 默认构造方法,非公平锁
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
// 构造方法,公平锁
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
// 加锁
public void lock() {
sync.lock();
}
在初始化lock实例对象的时候,可以提供一个boolean的参数,也可以不提供该参数。提供该参数就是公平锁,不提供该参数就是非公平锁。
以上就是Android开发中的Lock的解析,更多有关乐观锁,显示锁,内置锁的使用或者Android核心技术可以参考传送直达↓↓↓ :link.juejin.cn/?target=htt…点击查看获取!
总结
- lock的存储结构:一个int类型状态值(用于锁的状态变更),一个双向链表(用于存储等待中的线程)
- lock获取锁的过程:本质上是通过CAS来获取状态值修改,如果当场没获取到,会将该线程放在线程等待链表中。
- lock释放锁的过程:修改状态值,调整等待链表。
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UserActionEvent.EVENT_TOGGLE_WIFI_ON : UserActionEvent.EVENT_TOGGLE_WIFI_OFF); } if (!mIsControllerStarted) { Log.e(TAG,"WifiController is not yet started, abort setWifiEnabled"); return false; } mWifiMetrics.incrementNumWifiToggles(isPrivileged, enable); if(staId == STA_PRIMARY) mActiveModeWarden.wifiToggled; else if(staId == STA_SECONDARY && (getNumConcurrentStaSupported > 1) && (getWifiEnabledState == WifiManager.WIFI_STATE_ENABLED)) mActiveModeWarden.qtiWifiToggled(staId, enable); else Log.e(TAG,"setWifiEnabled not allowed for Id: " + staId); return true; } 四、可以看到wifiservice调用了ActiveModeWarden的wifiToggled,发送了CMD_WIFI_TOGGLED的消息,通知WiFi切换了。 frameworks/opt/net/wifi/service/java/com/android/server/wifi/ActiveModeWarden.java public void wifiToggled { mWifiController.sendMessage(WifiController.CMD_WIFI_TOGGLED); } 五、我们看WifiController是怎么处理这个消息的。WifiController是ActiveModeWarden中的一个状态机,用来管理WiFi的操作,包括热点啊飞行模式什么的。 打开WiFi之前,状态机应该是在Disabled状态,我们看Disable状态里的处理。 class DisabledState extends BaseState { public boolean processMessageFiltered(Message msg) { switch (msg.what) { case CMD_WIFI_TOGGLED: case CMD_SCAN_ALWAYS_MODE_CHANGED: if (shouldEnableSta) { startClientModeManager; transitionTo(mEnabledState); } break; 启动一个新的客户端管理。 private boolean startClientModeManager { Log.d(TAG, "Starting ClientModeManager"); ClientListener listener = new ClientListener; ClientModeManager manager = mWifiInjector.makeClientModeManager(listener); listener.setActiveModeManager(manager); manager.start; if (!switchClientModeManagerRole(manager)) { return false; } mActiveModeManagers.add(manager); return true; } 六、start了ClientModeManager frameworks/opt/net/wifi/service/java/com/android/server/wifi/ClientModeManager.java public void start { Log.d(TAG, "Starting with role ROLE_CLIENT_SCAN_ONLY"); mRole = ROLE_CLIENT_SCAN_ONLY; mTargetRole = ROLE_CLIENT_SCAN_ONLY; mStateMachine.sendMessage(ClientModeStateMachine.CMD_START); } 看一下是谁处理了这个START消息呢 private class IdleState extends State { @Override public boolean processMessage(Message message) { switch (message.what) { case CMD_START: // Always start in scan mode first. mClientInterfaceName = mWifiNative.setupInterfaceForClientInScanMode( mWifiNativeInterfaceCallback); if (TextUtils.isEmpty(mClientInterfaceName)) { Log.e(TAG, "Failed to create ClientInterface. Sit in Idle"); mModeListener.onStartFailure; break; } transitionTo(mScanOnlyModeState); break; } } 七、这里可以看出,WifiNative先去启动HAL frameworks/opt/net/wifi/service/java/com/android/server/wifi/WifiNative.java public String setupInterfaceForClientInScanMode( @NonNull InterfaceCallback interfaceCallback) { synchronized (mLock) { if (!startHal) { mWifiMetrics.incrementNumSetupClientInterfaceFailureDueToHal; return null; } Iface iface = mIfaceMgr.allocateIface(Iface.IFACE_TYPE_STA_FOR_SCAN); iface.externalListener = interfaceCallback; iface.name = createStaIface(iface); if (!mWifiCondManager.setupInterfaceForClientMode(iface.name, Runnable::run, new NormalScanEventCallback(iface.name), new PnoScanEventCallback(iface.name))) { Log.e(TAG, "Failed to setup iface in wificond=" + iface.name); teardownInterface(iface.name); mWifiMetrics.incrementNumSetupClientInterfaceFailureDueToWificond; return null; } iface.networkObserver = new NetworkObserverInternal(iface.id); if (!registerNetworkObserver(iface.networkObserver)) { teardownInterface(iface.name); return null; } mWifiMonitor.startMonitoring(iface.name); onInterfaceStateChanged(iface, isInterfaceUp(iface.name)); iface.featureSet = getSupportedFeatureSetInternal(iface.name); return iface.name; } } 八、启动HAL WifiVendorHal.java-->startVendorHal --> HalDeviceManager.java --> startWifi --> IWifi.start mWifi.start方法是启动实际加载WiFi动作的调用,这里涉及HIDL机制调用。通过获取IWifi接口对象,调用其方法。这里IWifi接口对象是IWifi.hal文件中实现。 android/hardware/interfaces/wifi/1.0/IWifi.hal 在编译时,编译器会将IWifi.hal解析为IWifi.java文件,直接看该文件中的start方法实现即可。 android/out/soong//.intermediates/hardware/interfaces/wifi/1.0/android.hardware.wifi-V1.0-java_gen_java/gen/srcs/android/hardware/wifi/V1_0/IWifi.java public android.hardware.wifi.V1_0.WifiStatus start throws android.os.RemoteException { try { ... ... ... ... mRemote.transact(3 /* start */, _hidl_request, _hidl_reply, 0 /* flags */); _hidl_reply.verifySuccess; _hidl_request.releaseTemporaryStorage; return _hidl_out_status; } finally { _hidl_reply.release; } } 通过binder调用,将调用到wifi.cpp中的start方法. android/hardware/interfaces/wifi/1.4/default/wifi.cpp Return<void> Wifi::start(start_cb hidl_status_cb) { return validateAndCall(this, WifiStatusCode::ERROR_UNKNOWN, &Wifi::startInternal, hidl_status_cb); } wifi.cpp->start ==> wifi.cpp->startInternal ==> wifi.cpp->initializeModeControllerAndLegacyHal ==> WifiModeController->initialize ==> DriverTool->LoadDriver 通过调用DriverTool->LoadDriver将返回到Android framework中。下面是LoadDriver的实现。 android/frameworks/opt/net/wifi/libwifi_hal/include/wifi_hal/driver_tool.cpp bool DriverTool::LoadDriver { return ::wifi_load_driver == 0; } 在wifi_load_driver方法中,将调用系统接口加载WiFi驱动ko。关于系统insmod接口的调用,本文不做分析。到这里,已梳理完在WifiNative类中调用的startHal方法。 android/frameworks/opt/net/wifi/libwifi_hal/wifi_hal_common.cpp int wifi_load_driver { ... ... ... ... insmod(file,args); ... ... ... ... } 调用WifiNl80211Manager类的setupInterfaceForClientMode方法。 该类的主要对WiFi 80211nl管理接口的封装,接口在WiFicond守护进程中呈现给WiFi框架。该类提供的接口仅使用与WiFi框架,访问权限受selinux权限保护。 setupInterfaceForClientMode方法主要为Station模式设置接口。 android/frameworks/base/wifi/java/android/net/wifi/nl80211/WifiNl80211Manager.java public boolean setupInterfaceForClientMode(@NonNull String ifaceName, @NonNull @CallbackExecutor Executor executor, @NonNull ScanEventCallback scanCallback, @NonNull ScanEventCallback pnoScanCallback) { ... ... ... ... // Refresh Handlers mClientInterfaces.put(ifaceName, clientInterface); try { IWifiScannerImpl wificondScanner = clientInterface.getWifiScannerImpl; mWificondScanners.put(ifaceName, wificondScanner); Binder.allowBlocking(wificondScanner.asBinder); ScanEventHandler scanEventHandler = new ScanEventHandler(executor, scanCallback); mScanEventHandlers.put(ifaceName, scanEventHandler); wificondScanner.subscribeScanEvents(scanEventHandler); PnoScanEventHandler pnoScanEventHandler = new PnoScanEventHandler(executor, pnoScanCallback); mPnoScanEventHandlers.put(ifaceName, pnoScanEventHandler); wificondScanner.subscribePnoScanEvents(pnoScanEventHandler); ... ... ... ... } 到这里,ClientModeStateMachine状态机在IdleState状态成功处理完了CMD_START消息。状态机将转到“mScanOnlyModeState”状态,将会执行以下调用流程(具体原因可查看状态机机制)。 IdleState.exit->StartedState.enter->StartedState.exit->ScanOnlyModeState.enter。 九、启动HAL以后,就要启动supplicant了。 在第五步的时候我们调用了ActiveModeWarden.java的startClientModeManagerh函数。start以后会执行switchClientModeManagerRole
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