ReentrantLock是一個(gè)可重入的互斥鎖，基于AQS實(shí)現(xiàn)，它具有與使用 synchronized 方法和語(yǔ)句相同的一些基本行為和語(yǔ)義，但功能更強(qiáng)大。
lock和unlock
ReentrantLock?中進(jìn)行同步操作都是從lock方法開(kāi)始。lock獲取鎖，進(jìn)行一系列的業(yè)務(wù)操作，結(jié)束后使用unlock釋放鎖。
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
? ? public void sync(){
? ? ? ? lock.lock();
? ? ? ? try {
? ? ? ? ? ? // ... method body
? ? ? ? } finally {
? ? ? ? ? lock.unlock()
? ? ? ? }
? ? }
lock
ReentrantLock?中l(wèi)ock的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)調(diào)用AQS的?AbstractQueuedSynchronizer#acquire?方法實(shí)現(xiàn)。
public final void acquire(int arg) {
? ? ? ? //嘗試獲取鎖
? ? ? ? if (!tryAcquire(arg) &&
? ? ? ? ? ? acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
? ? ? ? ? ? selfInterrupt();
? ? }
根據(jù)之前介紹的模板方法模式，對(duì)于鎖的獲取tryAcquire是在ReentrantLock中實(shí)現(xiàn)的。而非公平鎖中的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方法為nonfairTryAcquire。
ReentrantLock#nonfairTryAcquire
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
? ? return nonfairTryAcquire(acquires);
}
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()) {
? ? ? ? int nextc = c + acquires;
? ? ? ? if (nextc < 0) // overflow
? ? ? ? ? ? throw new Error("Maximum lock count exceeded");
? ? ? ? setState(nextc);
? ? ? ? return true;
? ? }
? ? return false;
}
在獲取鎖的邏輯中首先是嘗試以cas方式獲取鎖，如果獲取失敗則表示鎖已經(jīng)被線程持有。
再判斷持有該鎖的線程是否為當(dāng)前線程，如果是當(dāng)前線程就將state的值加1，在釋放鎖是也需要釋放多次。這就是可重入鎖的實(shí)現(xiàn)。
如果持有鎖的線程并非當(dāng)前線程則這次加鎖失敗，返回false。加鎖失敗后將調(diào)用?AbstractQueuedSynchronizer#acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)?。
首先會(huì)調(diào)用addWaiter方法將該線程入隊(duì)。
private Node addWaiter(Node mode) {
? ? Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
? ? Node pred = tail;
? ? if (pred != null) {
? ? ? ? node.prev = pred;
? ? ? ? if (compareAndSetTail(pred, node)) {
? ? ? ? ? ? pred.next = node;
? ? ? ? ? ? return node;
? ? ? ? }
? ? }
? ? enq(node);
? ? return node;
}
mode是指以何種模式的節(jié)點(diǎn)入隊(duì)，這里傳入的是Node.EXCLUSIVE(獨(dú)占鎖)。首先將當(dāng)前線程包裝為node節(jié)點(diǎn)。然后判斷等待隊(duì)列的尾節(jié)點(diǎn)是否為空，如果不為空則通過(guò)cas的方式將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)接在隊(duì)尾。如果tail為空則執(zhí)行enq方法。
AbstractQueuedSynchronizer#enq
private Node enq(final Node node) {
? ? for (;;) {
? ? ? ? Node t = tail;
? ? ? ? if (t == null) { // Must initialize
? ? ? ? ? ? if (compareAndSetHead(new Node()))
? ? ? ? ? ? ? ? tail = head;
? ? ? ? } else {
? ? ? ? ? ? node.prev = t;
? ? ? ? ? ? if (compareAndSetTail(t, node)) {
? ? ? ? ? ? ? ? t.next = node;
? ? ? ? ? ? ? ? return t;
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? }
? ? }
}
enq方法通過(guò)for(;;)無(wú)限循環(huán)的方式將node節(jié)點(diǎn)設(shè)置到等待隊(duì)列的隊(duì)尾(隊(duì)列為空時(shí)head和tail都指向當(dāng)前節(jié)點(diǎn))。
綜上可知addWaiter方法的作用是將競(jìng)爭(zhēng)鎖失敗的節(jié)點(diǎn)放到等待隊(duì)列的隊(duì)尾。
等待隊(duì)列中的節(jié)點(diǎn)也并不是什么都不做，這些節(jié)點(diǎn)也會(huì)不斷的嘗試獲取鎖，邏輯在acquireQueued中實(shí)現(xiàn)。
AbstractQueuedSynchronizer#acquireQueued
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
? ? boolean failed = true;
? ? try {
? ? ? ? boolean interrupted = false;
? ? ? ? for (;;) {
? ? ? ? ? ? final Node p = node.predecessor();
? ? ? ? ? ? if (p == head && tryAcquire(arg)) {
? ? ? ? ? ? ? ? setHead(node);
? ? ? ? ? ? ? ? p.next = null; // help GC
? ? ? ? ? ? ? ? failed = false;
? ? ? ? ? ? ? ? return interrupted;
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
? ? ? ? ? ? ? ? parkAndCheckInterrupt())
? ? ? ? ? ? ? ? interrupted = true;
? ? ? ? }
? ? } finally {
? ? ? ? if (failed)
? ? ? ? ? ? cancelAcquire(node);
? ? }
}
可以看到該方法也是使用for(;;)無(wú)限循環(huán)的方式來(lái)嘗試獲取鎖。首先判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為頭結(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果是則再次調(diào)用tryAcquire嘗試獲取鎖。當(dāng)然這個(gè)過(guò)程并不是一定不停進(jìn)行的，這樣的話(huà)多線程競(jìng)爭(zhēng)下cpu切換也極耗費(fèi)資源。
shouldParkAfterFailedAcquire會(huì)判斷是否對(duì)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)進(jìn)行阻塞，阻塞之后只有當(dāng)unpark后節(jié)點(diǎn)才會(huì)繼續(xù)假如爭(zhēng)奪鎖的行列。
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
? ? int ws = pred.waitStatus;
? ? if (ws == Node.SIGNAL)
? ? ? ? return true;
? ? if (ws > 0) {
? ? ? ? do {
? ? ? ? ? ? node.prev = pred = pred.prev;
? ? ? ? } while (pred.waitStatus > 0);
? ? ? ? pred.next = node;
? ? } else {
? ? ? ? compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
? ? }
? ? return false;
}
判斷一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否需要被阻塞是通過(guò)該節(jié)點(diǎn)的前繼節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)判斷的。
如果前繼節(jié)點(diǎn)狀態(tài)為?singal?，則表示前繼節(jié)點(diǎn)還在等待，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)需要繼續(xù)被阻塞。返回true。
如果前繼節(jié)點(diǎn)大于0，則表示前繼節(jié)點(diǎn)為取消狀態(tài)。取消狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)不參與鎖的競(jìng)爭(zhēng)，直接跳過(guò)。返回false。
如果前繼節(jié)點(diǎn)時(shí)其他狀態(tài)(0,PROPAGATE)，不進(jìn)行阻塞，表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)需要重試嘗試獲取鎖。返回false。
shouldParkAfterFailedAcquire方法如果返回true，表示需要將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)阻塞，阻塞方法為parkAndCheckInterrupt。
AbstractQueuedSynchronizer#parkAndCheckInterrupt
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
? ? LockSupport.park(this);
? ? return Thread.interrupted();
}
阻塞是通過(guò)LockSupport進(jìn)行阻塞，被阻塞的節(jié)點(diǎn)不參與鎖的競(jìng)爭(zhēng)(不在進(jìn)行循環(huán)獲取鎖)，只能被unpark后才繼續(xù)競(jìng)爭(zhēng)鎖。
而被阻塞的節(jié)點(diǎn)要被釋放則依賴(lài)于unlock方法。
unlock
ReentrantLock?中unlock的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)調(diào)用AQS的?AbstractQueuedSynchronizer#release?方法實(shí)現(xiàn)。
public final boolean release(int arg) {
? ? ? ? if (tryRelease(arg)) {
? ? ? ? ? ? Node h = head;
? ? ? ? ? ? if (h != null && h.waitStatus != 0)
? ? ? ? ? ? ? ? unparkSuccessor(h);
? ? ? ? ? ? return true;
? ? ? ? }
? ? ? ? return false;
? ? }
release調(diào)用tryRelease方法，tryRelease是在?ReentrantLock?中實(shí)現(xiàn)。
ReentrantLock#tryRelease
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;
? ? }
tryRelease方法邏輯很簡(jiǎn)單，首先減去releases(一般為1)表示釋放一個(gè)鎖，如果釋放后state=0表示釋放鎖成功，后續(xù)等待的節(jié)點(diǎn)可以獲取該鎖了。如果state!=0則表示該鎖為重入鎖，需要多次釋放。
當(dāng)釋放鎖成功后(state=0)，會(huì)對(duì)頭結(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行unpark。
AbstractQueuedSynchronizer#unparkSuccessor
private void unparkSuccessor(Node node) {
? ? int ws = node.waitStatus;
? ? if (ws < 0)
? ? ? ? compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
? ? Node s = node.next;
? ? if (s == null || s.waitStatus > 0) {
? ? ? ? s = null;
? ? ? ? for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
? ? ? ? ? ? if (t.waitStatus <= 0)
? ? ? ? ? ? ? ? s = t;
? ? }
? ? if (s != null)
? ? ? ? LockSupport.unpark(s.thread);
? ? }
unparkSuccessor見(jiàn)名知意適用于接觸后面節(jié)點(diǎn)的阻塞狀態(tài)。整個(gè)方法的邏輯就是找到傳入節(jié)點(diǎn)的后繼節(jié)點(diǎn)，將其喚醒(排除掉狀態(tài)為cancel即waitStatus > 0的節(jié)點(diǎn))。
公平鎖和非公平鎖
ReentrantLock?的構(gòu)造方法接受一個(gè)可選的公平參數(shù)。當(dāng)設(shè)置為?true?時(shí)，在多個(gè)線程的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，傾向于將鎖分配給等待時(shí)間最長(zhǎng)的線程。
public ReentrantLock(boolean fair) {
? ? sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
在多個(gè)鎖競(jìng)爭(zhēng)統(tǒng)一資源的環(huán)境下，AQS維護(hù)了一個(gè)等待隊(duì)列，未能獲取到鎖的線程都會(huì)被掛到該隊(duì)列中。如果使用公平鎖則會(huì)從隊(duì)列的頭結(jié)點(diǎn)開(kāi)始獲取該資源。
而根據(jù)代碼在公平鎖和非公平鎖的實(shí)現(xiàn)的差別僅僅在于公平鎖多了一個(gè)檢測(cè)的方法。
公平鎖
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
? ? //...
? ? if (c == 0) {
? ? ? ? if (!hasQueuedPredecessors() //!hasQueuedPredecessors()便是比非公平鎖多出來(lái)的操作
? ? ? ? && compareAndSetState(0, acquires)) {
? ? ? ? ? ? setExclusiveOwnerThread(current);
? ? ? ? ? ? return true;
? ? ? ? }
? ? }
? ? //...
? ? return false;
}
hasQueuedPredecessors()
public final boolean hasQueuedPredecessors() {
? ? Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order
? ? Node h = head;
? ? Node s;
? ? return h != t && ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}
方法邏輯很簡(jiǎn)單，就是如果等待隊(duì)列還有節(jié)點(diǎn)并且排在首位的不是當(dāng)前線程所處的節(jié)點(diǎn)返回true表示還有等待更長(zhǎng)時(shí)間的節(jié)點(diǎn)。
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