华企号 软件工程 ReentrantLock锁相关源码解析

ReentrantLock锁相关源码解析

先看依赖结构图
ReentrantLock锁相关源码解析插图按照锁的划分ReentrantLock是可重入锁;

所谓重入锁,指的是以线程为单位,当一个线程获取对象锁之后,这个线程可以再次获取本对象上的锁,而其他的线程是不可以的。

首先上一下测试代码

private static final Lock lock=new ReentrantLock(true); //定义一个可重入的公平锁  


public static void main(String[] args) { //
        new Thread(()->test(),"线程A").start();
        new Thread(()->test(),"线程B").start();
}

    public static void test(){  //test加锁调用同样加锁的test2
        for(int i=0;i<2;i++){
            lock.lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取了锁");
            test2();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {
                lock.unlock();    //手动释放锁

            }
        }
    }

    public static void test2(){ 
        lock.lock();   //加锁
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取了锁,执行Test2");
        } finally {
            lock.unlock();   //手动释放锁
} }

执行结果如下:

线程A获取了锁
线程A获取了锁,执行Test2
线程B获取了锁
线程B获取了锁,执行Test2
线程A获取了锁
线程A获取了锁,执行Test2
线程B获取了锁
线程B获取了锁,执行Test2

从结果中看一看出,test()中获取了锁,在不释放锁的情况下,调用相同线程的test2()再次获取锁,是可以获取的,这就是锁的”重入“的概念;

那”重入“是如何实现的呢?

对ReentrantLock来说,其操作的是其内部类Sync的父类AQS中的被volatite标记的state属性,每次调用lock()方法其实都对state+1,每次unlock时候就-1,当state==0时,标识当前没有人持有锁标记,其他线程可以顺利的获取锁标记 ;

不知道你注意没有,Test()方法中是有两个循环的,但是执行的顺序是却是执行了一遍后,接着执行B线程了。这是因为我们创建的lock是公平锁,当state==0(锁释放)时,重新唤醒线程获取锁的标准是等待最长原则,这就是”公平锁”的概念;

ReentrantLock获取锁标记有“公平锁”和“非公平锁”两种实现对应的是Sync的两个子类FairSync和NonfairSync;

ReentrantLock默认是非公平锁,除非在创建的时候传入true,才会创建公平锁

    public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();  //初始化一个非公平锁实例
    }

 

   
   public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();  //根据fair值进行判断,true时创建的为公平锁
    }

首先看一下公平锁的Lock方法

 

    static final class FairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

        final void lock() {
            acquire(1);
        }

        /**
         * Fair version of tryAcquire.  Don't grant access unless
         * recursive call or no waiters or is first.
         */
        @ReservedStackAccess
        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {  //如果锁标记空闲
                if (!hasQueuedPredecessors() &&     //首先判断AQS的FiFO队列中是否有前序节点,如果没有才尝试获取锁标记
                    compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { //如果锁标记被占有,判断占有者是不是本线程,如果是则state+1
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0)
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;  //否则返回false,进入AQS的FiFO队列,并等待唤醒
        }
    }

 

上边代码中hasQueuedPredecessors()方法就是公平锁与非公平锁最大的区别,公平锁会按照线程进入等待队列的顺序进行唤醒;为了更好的理解,我们看一下非公平锁的代码

/**
     * Sync object for non-fair locks
     */
    static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

        /**
         * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
         * acquire on failure.
         */
        @ReservedStackAccess
        final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1))  //如果当前锁标记为0,则锁成功
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);  //尝试获取锁
        }

        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            return nonfairTryAcquire(acquires);  
        }
    }


        @ReservedStackAccess
        final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {  //如果当前线程是活跃线程,那么直接获取锁标记,这就是最后边的例子中,线程A一直霸占锁标记的原因
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0) // overflow 
                 throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc); 
        return true;  
       }
       return false;
     }

 

无论是公平锁还是非公平锁都调用了AQS中的accquire()方法,上代码

 

    @ReservedStackAccess
    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&  //调用子类中实现的抽象方法尝试获取锁
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) //获取失败加入到等待队列中
            selfInterrupt(); //线程增加中断标记
    }

到这里关于公平锁和非公平锁的实现已经讲完了,在锁获取的时候有个重要的类ASQ(抽象队列同步器)关于ASQ在另外一篇文章中进行了讲解,并持续更新;

说了两者的区别,我们来看看上面的例子中,如果是非公平锁,会是什么效果

 

private static final Lock lock=new ReentrantLock(); //创建非公平锁

 

线程A获取了锁
线程A获取了锁,执行Test2
线程A获取了锁
线程A获取了锁,执行Test2
线程B获取了锁
线程B获取了锁,执行Test2
线程B获取了锁
线程B获取了锁,执行Test2

从结果中可以看出,除非已经后期锁标记的线程全部执行完成并不再尝试获取锁标记,否则锁标记一直会被当前线程获取

在java中另外一个比较常见的可重入锁是synchrohized (非公平锁、可重入锁)关键字,关于synchrohized相关文章在整理中,完成后会放上连接

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