前面《Java并發(fā)編程之JUC并發(fā)核心AQS同步隊(duì)列原理剖析》介紹了AQS的同步等待隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)原理及源碼分析，這節(jié)我們將介紹一下基于AQS實(shí)現(xiàn)的ReentranLock的應(yīng)用、特性、實(shí)現(xiàn)原理及源碼分析。
一、ReentrantLock簡(jiǎn)介
ReentrantLock位于Java的juc包里面，從JDK1.5開(kāi)始出現(xiàn)，是基于AQS同步隊(duì)列的獨(dú)占模式實(shí)現(xiàn)的一種鎖。ReentrantLock使用起來(lái)比synchronized更加靈活，可以自己控制加鎖、解鎖的邏輯。ReentrantLock跟synchronized一樣也是可重入的鎖，提供了公平/非公平兩種模式：
- 公平鎖：多個(gè)線(xiàn)程競(jìng)爭(zhēng)鎖的時(shí)候，會(huì)先判斷等待隊(duì)列中是否有等待的線(xiàn)程節(jié)點(diǎn)，如果有則當(dāng)前線(xiàn)程會(huì)進(jìn)行排隊(duì)，鎖的獲取順序符合請(qǐng)求的絕對(duì)時(shí)間順序，也就是 FIFO
- 非公平鎖：當(dāng)前線(xiàn)程競(jìng)爭(zhēng)鎖的時(shí)候不管有沒(méi)有其他線(xiàn)程節(jié)點(diǎn)在排隊(duì)，都會(huì)先通過(guò)CAS嘗試獲取鎖，獲取失敗了才會(huì)進(jìn)行排隊(duì)。
通過(guò)new ReentrantLock()的方式創(chuàng)建的是非公平鎖，要想創(chuàng)建公平鎖需要在構(gòu)造方法中指定new ReentrantLock(true)。ReentrantLock的常用方法如下：
- void lock() 獲取鎖，如果當(dāng)前線(xiàn)程獲取鎖成功將返回，獲取鎖失敗線(xiàn)程將被阻塞、掛起
- void lockInterruptibly() throws InterruptedException 可中斷的獲取鎖，和lock方法的不同之處在于該方法會(huì)響應(yīng)中斷，即在鎖的獲取過(guò)程中可以中斷當(dāng)前線(xiàn)程
- boolean tryLock() 嘗試非阻塞的獲取鎖，方法會(huì)立即返回，獲取鎖成功返回true，否則返回false
- boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException 嘗試在指定超時(shí)時(shí)間內(nèi)獲取鎖，如果當(dāng)前線(xiàn)程獲取了鎖會(huì)立即返回true，如果被其他線(xiàn)程獲取了鎖則會(huì)被阻塞掛起，該方法會(huì)在下面三種情況下返回：1，在超時(shí)時(shí)間內(nèi)獲取了鎖，返回true；2，在超時(shí)時(shí)間內(nèi)線(xiàn)程被中斷；3，超時(shí)時(shí)間結(jié)束，返回false。
- void unlock() 釋放鎖
- Condition newCondition() 獲取等待通知組件，該組件與當(dāng)前的鎖綁定，當(dāng)前線(xiàn)程只有獲取了鎖，才能調(diào)用Condition的wait()方法，調(diào)用wait（）方法后會(huì)釋放鎖
二、ReentrantLock使用
ReentrantLock的使用方式一般如下，一定要在finally里面進(jìn)行解鎖，防止程序出現(xiàn)異常無(wú)法解鎖
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
|
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();lock.lock();try { System.out.println("獲取了鎖");} catch (Exception e) { e.printStackTrace();} finally { lock.unlock();} |
下面通過(guò)一個(gè)程序示例，演示一下ReentrantLock的使用：對(duì)同一個(gè)lock對(duì)象做多次加鎖，解鎖，演示一下ReentrantLock的鎖重入
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
|
public class ReentrantLockTest { private Integer counter = 0; private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); public void modifyResources(String threadName){ System.out.println("線(xiàn)程:--->"+threadName+"等待獲取鎖"); lock.lock(); System.out.println("線(xiàn)程:--->"+threadName+"第一次加鎖"); counter++; System.out.println("線(xiàn)程:"+threadName+"做第"+counter+"件事"); //重入該鎖,我還有一件事情要做,沒(méi)做完之前不能把鎖資源讓出去 lock.lock(); System.out.println("線(xiàn)程:--->"+threadName+"第二次加鎖"); counter++; System.out.println("線(xiàn)程:"+threadName+"做第"+counter+"件事"); lock.unlock(); System.out.println("線(xiàn)程:"+threadName+"釋放一個(gè)鎖"); lock.unlock(); System.out.println("線(xiàn)程:"+threadName+"釋放一個(gè)鎖"); } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ReentrantLockTest tp = new ReentrantLockTest(); new Thread(()->{ String threadName = Thread.currentThread().getName(); tp.modifyResources(threadName); },"Thread:張三").start(); new Thread(()->{ String threadName = Thread.currentThread().getName(); tp.modifyResources(threadName); },"Thread:李四").start(); Thread.sleep(100); }} |
程序運(yùn)行輸出如下所示：上面代碼中l(wèi)ock加鎖兩次然后解鎖兩次，在張三線(xiàn)程兩次解鎖完成之前，李四線(xiàn)程一直在等待。ReentrantLock加鎖了幾次，就要解鎖相同的次數(shù)才可以釋放鎖。
線(xiàn)程:--->Thread:張三等待獲取鎖
線(xiàn)程:--->Thread:張三第一次加鎖
線(xiàn)程:Thread:張三做第1件事
線(xiàn)程:--->Thread:張三第二次加鎖
線(xiàn)程:--->Thread:李四等待獲取鎖
線(xiàn)程:Thread:張三做第2件事
線(xiàn)程:Thread:張三釋放一個(gè)鎖
線(xiàn)程:Thread:張三釋放一個(gè)鎖
線(xiàn)程:--->Thread:李四第一次加鎖
線(xiàn)程:Thread:李四做第3件事
線(xiàn)程:--->Thread:李四第二次加鎖
線(xiàn)程:Thread:李四做第4件事
線(xiàn)程:Thread:李四釋放一個(gè)鎖
線(xiàn)程:Thread:李四釋放一個(gè)鎖
三、ReentrantLock源碼分析
ReentrantLock實(shí)現(xiàn)了Lock接口，它有一個(gè)內(nèi)部類(lèi)Sync實(shí)現(xiàn)了前面介紹過(guò)的AbstractQueuedSynchronizer，而其公平鎖、非公平鎖分別通過(guò)Sync的子類(lèi)FairSync、NonFairSync（也是ReentrantLock的內(nèi)部類(lèi)）實(shí)現(xiàn)。下面看下其UML圖
lock()方法調(diào)用時(shí)序圖如下：
前面《Java并發(fā)編程之JUC并發(fā)核心AQS同步隊(duì)列原理剖析》介紹AQS的時(shí)候說(shuō)過(guò)，AbstractQueuedSynchronizer中有一個(gè)狀態(tài)變量state，在ReentrantLock中state等于0表示沒(méi)有線(xiàn)程獲取鎖，如果等于1說(shuō)明有線(xiàn)程獲取了鎖，如果大于1說(shuō)明獲取鎖的線(xiàn)程加鎖的次數(shù)，加了幾次鎖就必須解鎖幾次，每次unlock解鎖state都會(huì)減1，減到0時(shí)釋放鎖。
1、非公平鎖源碼分析
前面一篇博客《Java并發(fā)編程之JUC并發(fā)核心AQS同步隊(duì)列原理剖析》對(duì)AQS介紹的已經(jīng)非常詳細(xì)了，所以下面源碼分析中牽涉AQS中的方法就不再進(jìn)行介紹了，想了解的話(huà)可以看下那篇博客。
先看下非公平鎖的加鎖lock方法，lock方法中調(diào)用了sync的lock方法，而sync對(duì)象時(shí)根據(jù)構(gòu)造ReentrantLock時(shí)是公平鎖（FairSync）還是非公平鎖（NonFairSync）。
|
1
2
3
|
public void lock() { sync.lock();} |
這里調(diào)用的是非公平鎖，所以我們看下 NonFairSync的lock方法：進(jìn)來(lái)時(shí)不管有沒(méi)有其他線(xiàn)程持有鎖或者等待鎖，會(huì)先調(diào)用AQS中的compareAndSetState方法嘗試獲取鎖，如果獲取失敗，會(huì)調(diào)用AQS中的acquire方法
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
|
final void lock() { /** * 第一步：直接嘗試加鎖 * 與公平鎖實(shí)現(xiàn)的加鎖行為一個(gè)最大的區(qū)別在于，此處不會(huì)去判斷同步隊(duì)列(CLH隊(duì)列)中 * 是否有排隊(duì)等待加鎖的節(jié)點(diǎn)，上來(lái)直接加鎖（判斷state是否為0,CAS修改state為1） * ，并將獨(dú)占鎖持有者 exclusiveOwnerThread 屬性指向當(dāng)前線(xiàn)程 * 如果當(dāng)前有人占用鎖，再?lài)L試去加一次鎖 */ if (compareAndSetState(0, 1)) setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); else //AQS定義的方法,加鎖 acquire(1);} |
下面看下acquire方法，會(huì)先調(diào)用NonFairSync類(lèi)中重寫(xiě)的tryAcquire方法嘗試獲取鎖，如果獲取鎖失敗會(huì)調(diào)用AQS中的acquireQueued方法進(jìn)行排隊(duì)、阻塞等處理。
|
1
2
3
4
5
|
public final void acquire(int arg) { if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt();} |
下面看下NonFairSync類(lèi)中重寫(xiě)的tryAcquire方法，里面又調(diào)用了nonfairTryAcquire方法
|
1
2
3
|
protected final boolean tryAcquire(int acquires) { return nonfairTryAcquire(acquires);} |
下面看下nonfairTryAcquire方法：
- 判斷state如果為0，通過(guò)CAS的方式嘗試獲取鎖，如果獲取鎖成功，則將當(dāng)前線(xiàn)程設(shè)置為獨(dú)占線(xiàn)程
- 如果state不為0，則判斷當(dāng)前線(xiàn)程是否跟獨(dú)占線(xiàn)程時(shí)同一個(gè)線(xiàn)程，如果是同一個(gè)線(xiàn)程則將鎖的state加1，也就是鎖的重入次數(shù)加1
- 否則獲取鎖失敗，返回false
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
|
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { //acquires = 1 final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); /** * 不需要判斷同步隊(duì)列（CLH）中是否有排隊(duì)等待線(xiàn)程 * 判斷state狀態(tài)是否為0，不為0可以加鎖 */ if (c == 0) { //unsafe操作，cas修改state狀態(tài) if (compareAndSetState(0, acquires)) { //獨(dú)占狀態(tài)鎖持有者指向當(dāng)前線(xiàn)程 setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } /** * state狀態(tài)不為0，判斷鎖持有者是否是當(dāng)前線(xiàn)程， * 如果是當(dāng)前線(xiàn)程持有 則state+1 */ else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) // overflow throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } //加鎖失敗 return false;} |
下面看下非公平鎖的解鎖過(guò)程：unlock方法中調(diào)用了AQS中的release方法
|
1
2
3
|
public void unlock() { sync.release(1);} |
AQS中的release方法如下所示：會(huì)先調(diào)用AQS的子類(lèi)Sync中重寫(xiě)的tryRelease方法去釋放鎖，如果是否鎖成功，則喚醒同步隊(duì)列中head的后續(xù)節(jié)點(diǎn)，后續(xù)節(jié)點(diǎn)線(xiàn)程被喚醒會(huì)去競(jìng)爭(zhēng)鎖。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
|
public final boolean release(int arg) { if (tryRelease(arg)) {//釋放一次鎖 Node h = head; if (h != null && h.waitStatus != 0) unparkSuccessor(h);//喚醒后繼結(jié)點(diǎn) return true; } return false;} |
Sync中重寫(xiě)的tryRelease方法：
獲取當(dāng)前的state值，然后減1
判斷當(dāng)前線(xiàn)程是否是鎖的持有線(xiàn)程，如果不是會(huì)拋出異常。
如果state的值被減到了0，表示鎖已經(jīng)被釋放，會(huì)將獨(dú)占線(xiàn)程設(shè)置為空null，將state設(shè)置為0，返回true，否則返回false。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
|
/** * 釋放鎖 */protected final boolean tryRelease(int releases) { int c = getState() - releases; if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) throw new IllegalMonitorStateException(); boolean free = false; if (c == 0) { free = true; setExclusiveOwnerThread(null); } setState(c); return free;} |
2、公平鎖源碼分析
先看下公平鎖的加鎖lock方法，lock方法中調(diào)用了sync的lock方法，這里調(diào)用的是FairSync的lock方法。
|
1
2
3
|
public void lock() { sync.lock();} |
FairSync的lock方法直接調(diào)用了AQS中的acquire方法，沒(méi)有像非公平鎖先通過(guò)CAS的方式先去嘗試獲取鎖
|
1
2
3
|
final void lock() { acquire(1);} |
下面看下acquire方法，會(huì)先調(diào)用FairSync類(lèi)中重寫(xiě)的tryAcquire方法嘗試獲取鎖，如果獲取鎖失敗會(huì)調(diào)用AQS中的acquireQueued方法進(jìn)行排隊(duì)、阻塞等處理。
|
1
2
3
4
5
|
public final void acquire(int arg) { if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt();} |
下面看下FairSync類(lèi)中重寫(xiě)的tryAcquire方法，這個(gè)方法跟NonFairSync的唯一區(qū)別就是state為0的時(shí)候，公平鎖會(huì)先通過(guò)hasQueuedPredecessors()方法判斷是否隊(duì)列中是否有等待的節(jié)點(diǎn)，如果沒(méi)有才會(huì)嘗試通過(guò)CAS的方式去獲取鎖，非公平鎖不會(huì)判斷直接回嘗試獲取鎖。
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
|
protected final boolean tryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { /** * 與非公平鎖中的區(qū)別，需要先判斷隊(duì)列當(dāng)中是否有等待的節(jié)點(diǎn) * 如果沒(méi)有則可以嘗試CAS獲取鎖 */ if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) { //獨(dú)占線(xiàn)程指向當(dāng)前線(xiàn)程 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;} |
公平鎖的unlock方法與非公平鎖的代碼一樣，這里就不再介紹了。
到此這篇關(guān)于Java并發(fā)編程之ReentrantLock實(shí)現(xiàn)原理及源碼剖析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java ReentrantLock內(nèi)容請(qǐng)搜索服務(wù)器之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持服務(wù)器之家！
原文鏈接：https://blog.csdn.net/u012988901/article/details/112557666
