Java 中的 MCS 锁定未更新缓存答案

【问题标题】：Cache Not updating for MCS Lock in JavaJava 中的 MCS 锁定未更新缓存
【发布时间】：2012-10-30 16:56:21
【问题描述】：

对于 Java 中的 MCS 锁，我得到了一些非常奇怪的缓存行为。基本上，它最多可用于四个线程（我机器上的内核数），但会卡住更多线程。调试的时候发现程序卡在了线上

while (qnode.locked);

lock() 函数内部。调试时，我可以看到其中一个线程的 QNode 已锁定设置为 false，但我猜这是因为调试器导致缓存更新。我只是将“易失性”扔到所有变量上，绝望地尝试无济于事。这是我正在使用的类：

class MCSLock
{
private volatile AtomicReference<QNode> tail;
private volatile ThreadLocal<QNode> myNode;

public MCSLock()
{
    tail = new AtomicReference<QNode>(null);
    myNode = new ThreadLocal<QNode>()
            {
                protected QNode initialValue() { return new QNode(); }
            };
}

public void lock()
{
    QNode qnode = myNode.get();
    QNode pred = tail.getAndSet(qnode);
    if (pred != null)
    {
        qnode.locked = true;
        pred.next = qnode;
        while (qnode.locked);
    }
}

public void unlock()
{
    QNode qnode = myNode.get();
    if (qnode.next == null)
    {
        if (tail.compareAndSet(qnode, null)) return;
        while (qnode.next == null);
    }
    qnode.next.locked = false;
    qnode.next = null;
}

private class QNode
{
    volatile boolean locked = false;
    volatile QNode next = null;
}
}

【问题讨论】：

如果您将QNode 更改为使用AtomicBoolean 和AtomicReference 是否有效？
我对 Java 中的并发性知之甚少，无法自信地说出发生了什么，我怀疑几乎所有 SO 上的人都是如此。您可能希望将其发送到 concurrency-interest 邮件列表，Java 并发世界的伟大与美好汇聚于此。
@msandiford 遗憾的是，它没有:(
刚刚测试过，它对我来说工作正常，最多 10 个线程。您也可以发布失败的测试代码吗？你用的是哪个JDK？
@msandiford 我的测试代码相当长，但这是一般的想法：使用 n 个线程计数 1 到 1200000，其中 n 从 1 到 6。如果您不使用大数字，或者您没有足够的争用，那么代码可能会起作用。这里的想法是确保它在压力下工作。

标签： java multithreading caching locking volatile

【解决方案1】：

我也遇到了同样的问题。 unlock() 方法有一个小错误。在将 false 值设置为下一个节点的锁定变量之前，我们需要等到该值变为 true 才能进入 lock 方法。我添加了

 
while (!qnode.next.locked) {}

前


    qnode.next.locked = false;

进入 unlock() 方法，问题就跑了！

【讨论】：

自从我上次使用 Java 以来已经有很长时间了，但我认为这没有必要。在 lock 函数内部，pred.next 直到 qnode.locked 设置为 true 之后才会设置。 IE。在qnode.next == null 上旋转应该可以解决问题。当然，这是基于我的假设，即volatile 保证 Java 中的顺序一致性（IIRC 确实如此）。 IE。由于优化，这两个操作不会乱序发生

【解决方案2】：

您的代码有效！但是，我的猜测是您的系统不足以快速执行 >4 个线程。

在双核 i5 上运行，在 5 个线程上执行挂起

在四核超频 i7 上运行，按预期在 5 个线程上完成。哇！

【讨论】：

这是一个很好的评论，有助于确认提问者的怀疑。然而，这并没有回答隐含的问题，即如何使项目仅使用 4 个可用的活动线程。考虑将其重新定位为对该问题的评论。
嗯，这很奇怪。感谢您为我仔细检查！我在我的机器上用 4.6 GHz 的 OC'd i5 运行它，所以这里肯定发生了一些奇怪的事情。也许 i7 有更好、更一致的缓存行为？哦，好吧，至少这不是我的错:)

【解决方案3】：

while (qnode.locked); 在我看来什么也没做。也许你的意思是

    do {
        pred.next = qnode;
        // update qnode
       } while (qnode.locked);

【讨论】：

不，那部分有效。这个想法是在该线程的 QNode 上旋转。 volatile 关键字应该强制缓存更新。我已经尝试过类似的方法，就像我说的，它适用于多达 4 个线程（包括 4 个线程）
通常构造是while(!available) {lock.wait();}，但您的代码不会放弃锁定。如果您构建自己的锁实现，我建议将 AbstractQueuedSynchronizer 子类化并将其用作辅助类。
这里的重点是实现一个 MCS 锁。语法等是正确的，Java 只是没有更新缓存。还有，为什么要用锁来实现锁？？？