Java并发编程 ReentrantLock 源码分析

ReentrantLock 一个可重入的互斥锁 Lock,它具有与使用 synchronized 方法和语句所访问的隐式监视器锁相同的一些基本行为和语义,但功能更强大。 这个类主要基于AQS(AbstractOwnableSynchronizer)封装的 公平与非公平锁。

所谓公平锁就是指 在多个线程的争用下,这些锁倾向于将访问权授予等待时间最长的线程,换句话说也就是先被锁定的线程首先获得锁。 非公平锁正好相反,解锁时没有固定顺序。

 

让我们边分析源代码边学习如何使用该类

先来看一下构造参数,默认是非公平锁。

 1     /**
 2      * Creates an instance of {@code ReentrantLock}.
 3      * This is equivalent to using {@code ReentrantLock(false)}.
 4      */
 5     public ReentrantLock() {
 6         sync = new NonfairSync();
 7     }
 8 
 9     /**
10      * Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the
11      * given fairness policy.
12      *
13      * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
14      */
15     public ReentrantLock(boolean fair) {
16         sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
17     }

NonfairSync是非公平锁,我们先来看非公平锁,是一个内部类继承了Sync。

 1     /**
 2      * Sync object for non-fair locks
 3      */
 4     static final class NonfairSync extends Sync {
 5         private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
 6 
 7         /**
 8          * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
 9          * acquire on failure.
10          */
11         final void lock() {
12             if (compareAndSetState(0, 1))
13                 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
14             else
15                 acquire(1);
16         }
17 
18         protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
19             return nonfairTryAcquire(acquires);
20         }
21     }

我们看到它继承了Sync,我们接着看这个类的源码。

 1     abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
 2         private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;
 3 
 4         abstract void lock();
 5 
 6         final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
 7             final Thread current = Thread.currentThread();
 8             int c = getState();
 9             if (c == 0) {
10                 if (compareAndSetState(0, acquires)) {
11                     setExclusiveOwnerThread(current);
12                     return true;
13                 }
14             }
15             else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
16                 int nextc = c + acquires;
17                 if (nextc < 0) // overflow
18                     throw new Error("Maximum lock count exceeded");
19                 setState(nextc);
20                 return true;
21             }
22             return false;
23         }
24 
25         protected final boolean tryRelease(int releases) {
26             int c = getState() - releases;
27             if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
28                 throw new IllegalMonitorStateException();
29             boolean free = false;
30             if (c == 0) {
31                 free = true;
32                 setExclusiveOwnerThread(null);
33             }
34             setState(c);
35             return free;
36         }
37     }

Sync这个类与AbstractQueuedSynchronizer 一起完成了锁的逻辑,现在我们开始从头分析一个线程如何获取锁,以及获取不到锁时如何被阻塞。当用户调用lock方法获取锁的时候,首先会先通过compareAndSetState(NonfairSync第11行)来设置锁定状态,如果原先状态为0,则说明目前没有线程持有锁,那么设置状态为1,并且设置当前线程是当前拥有独占访问的线程(setExclusiveOwnerThread),那么另外一种情况就是compareAndSetState方法返回false,也就是说之前已经有线程持有锁,那么就会执行acquire方法(NonfairSync第15行),这个方法是AbstractQueuedSynchronizer里面的方法。

    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }

首先调用了tryAcquire方法,这个类在子类当中实现,也就是上面NonfairSync第18行,实际上他调用了 nonfairTryAcquire,这个方法分两步,首先在判断一下状态(state)是否等于0,也就是重新尝试获取所,如果获取到锁则改变状态compareAndSetState 然后设置当前线程是当前拥有独占访问的线程(setExclusiveOwnerThread),跟上面讲到的一样。

如果重新尝试获取所失败,则判断是不是当前线程重复加锁,如果是的话就把状态进行增加。

如果上面都不是就返回FALSE, 如果返回FALSE 那么 acquire(int arg)方法的acquireQueued就会执行,这个方法会把不能获取锁的线程形成一个CHL队列保存起来,然后把线程阻塞。上面就基本讲完了

线程如何获取锁, 获取到锁就把状态设置成1。

如果是持有锁的线程继续调用 LOCK方法,那就把状态进行叠加。

如果获取不到锁,那么AbstractQueuedSynchronizer 会把线程以一个CHL队列的形式保存起来,然后设置线程阻塞,等待释放。

然后就是释放锁的操作

1     public void unlock() {
2         sync.release(1);
3     }

这个release方法又是AbstractQueuedSynchronizer 里面提供的方法。

1     public final boolean release(int arg) {
2         if (tryRelease(arg)) {
3             Node h = head;
4             if (h != null && h.waitStatus != 0)
5                 unparkSuccessor(h);
6             return true;
7         }
8         return false;
9     }

首先在第2行先调用tryRelease尝试释放锁,这个方法是在ReentrantLock的内部类Sync当中重写的,释放成功会返回TRUE。然后调用unparkSuccessor来释放阻塞队列当中的线程,然后被唤醒的线程会继续获取锁,如此反复。

最后我们再来看一下说明是公平锁FairSync。

 1     static final class FairSync extends Sync {
 2         private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;
 3 
 4         final void lock() {
 5             acquire(1);
 6         }
 7 
 8         /**
 9          * Fair version of tryAcquire.  Don't grant access unless
10          * recursive call or no waiters or is first.
11          */
12         protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
13             final Thread current = Thread.currentThread();
14             int c = getState();
15             if (c == 0) {
16                 if (!hasQueuedPredecessors() &&
17                     compareAndSetState(0, acquires)) {
18                     setExclusiveOwnerThread(current);
19                     return true;
20                 }
21             }
22             else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
23                 int nextc = c + acquires;
24                 if (nextc < 0)
25                     throw new Error("Maximum lock count exceeded");
26                 setState(nextc);
27                 return true;
28             }
29             return false;
30         }
31     }

仔细观察你会发现它与非公平锁唯一的区别就是在tryAcquire这里方法里面。上面已经用红色标记上了,主要是多了这么一个条件,就体现了锁的公平性。

当一个线程尝试获取锁时,那么先会判断当前有没有已经等待获取锁的线程队列,如果的话,按照公平原则,那么当前线程就会被加入阻塞队列的尾巴,如果是非公平锁,那么则不会判断。

这个类的核心原理基本介绍完了,其实主要核心的东西是在AbstractQueuedSynchronizer这个类里。

这里给大家提供一个关于AbstractQueuedSynchronizer的源码分析的文章:

http://ifeve.com/introduce-abstractqueuedsynchronizer/ 大家可以结合着一起看一下。

原文地址:https://www.cnblogs.com/daxin/p/3832419.html