J.U.C之AQS傳送門

【死磕Java并發(fā)】—–J.U.C之AQS（一篇就夠了） ，作為同步組件的基礎(chǔ)，AQS做了太多的工作，自定義同步組件只需要簡單地實(shí)現(xiàn)自定義方法，然后加上AQS提供的模板方法，就可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的自定義同步組件，理解了AQS，ReentrantLock理解起來真的是小菜一碟。

ReentrantLock簡介

ReentrantLock，可重入鎖，是一種遞歸無阻塞的同步機(jī)制。它可以等同于synchronized的使用，但是ReentrantLock提供了比synchronized更強(qiáng)大、靈活的鎖機(jī)制，可以減少死鎖發(fā)生的概率。

API介紹如下：

一個可重入的互斥鎖定 Lock，它具有與使用 synchronized 方法和語句所訪問的隱式監(jiān)視器鎖定相同的一些基本行為和語義，但功能更強(qiáng)大。ReentrantLock 將由最近成功獲得鎖定，并且還沒有釋放該鎖定的線程所擁有。當(dāng)鎖定沒有被另一個線程所擁有時，調(diào)用 lock 的線程將成功獲取該鎖定并返回。如果當(dāng)前線程已經(jīng)擁有該鎖定，此方法將立即返回?？梢允褂?isHeldByCurrentThread() 和 getHoldCount() 方法來檢查此情況是否發(fā)生。

ReentrantLock還提供了公平鎖和非公平鎖的選擇，構(gòu)造方法接受一個可選的公平參數(shù)（默認(rèn)非公平鎖），當(dāng)設(shè)置為true時，表示公平鎖，否則為非公平鎖。公平鎖與非公平鎖的區(qū)別在于公平鎖的鎖獲取是有順序的。但是公平鎖的效率往往沒有非公平鎖的效率高，在許多線程訪問的情況下，公平鎖表現(xiàn)出較低的吞吐量。

獲取鎖

我們一般都是這么使用ReentrantLock獲取鎖的：

//非公平鎖ReentrantLock lock = new ReentrantLock();lock.lock();

lock方法：

publicvoidlock() {sync.lock();}

Sync為ReentrantLock里面的一個內(nèi)部類，它繼承AQS（AbstractQueuedSynchronizer）。

它有兩個子類：

公平鎖FairSync。

非公平鎖NonfairSync。

ReentrantLock里面大部分的功能都是委托給Sync來實(shí)現(xiàn)的，同時Sync內(nèi)部定義了lock()抽象方法由其子類去實(shí)現(xiàn)，默認(rèn)實(shí)現(xiàn)了nonfairTryAcquire(int acquires)方法，可以看出它是非公平鎖的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)方式。下面我們看非公平鎖的lock()方法：

final void lock() {//嘗試獲取鎖if (compareAndSetState(0, 1))setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());else//獲取失敗，調(diào)用AQS的acquire(int arg)方法acquire(1);}

首先會第一次嘗試快速獲取鎖，如果獲取失敗，則調(diào)用acquire(int arg)方法，該方法定義在AQS中，如下：

publicfinalvoidacquire(int arg){if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();}

這個方法首先調(diào)用tryAcquire(int arg)方法，在AQS中講述過，tryAcquire(int arg)需要自定義同步組件提供實(shí)現(xiàn)，非公平鎖實(shí)現(xiàn)如下：

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {return nonfairTryAcquire(acquires);}final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {//當(dāng)前線程final Thread current = Thread.currentThread();//獲取同步狀態(tài)int c = getState();//state == 0,表示沒有該鎖處于空閑狀態(tài)if (c == 0) {//獲取鎖成功，設(shè)置為當(dāng)前線程所有if (compareAndSetState(0, acquires)) {setExclusiveOwnerThread(current);return true;}}//線程重入//判斷鎖持有的線程是否為當(dāng)前線程else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {int nextc = c + acquires;if (nextc < 0) // overflowthrow new Error("Maximum lock count exceeded");setState(nextc);return true;}return false;}

該方法主要邏輯：首先判斷同步狀態(tài)state == 0 ?，如果是表示該鎖還沒有被線程持有，直接通過CAS獲取同步狀態(tài)，如果成功返回true。如果state != 0，則判斷當(dāng)前線程是否為獲取鎖的線程，如果是則獲取鎖，成功返回true。成功獲取鎖的線程再次獲取鎖，這是增加了同步狀態(tài)state。

釋放鎖

獲取同步鎖后，使用完畢則需要釋放鎖，ReentrantLock提供了unlock釋放鎖：

publicvoidunlock(){sync.release(1);}

unlock內(nèi)部使用Sync的release(int arg)釋放鎖，release(int arg)是在AQS中定義的：

publicfinalbooleanrelease(int arg){if (tryRelease(arg)) {Node h = head;if (h != null && h.waitStatus != 0)unparkSuccessor(h);return true;}return false;}

與獲取同步狀態(tài)的acquire(int arg)方法相似，釋放同步狀態(tài)的tryRelease(int arg)同樣是需要自定義同步組件自己實(shí)現(xiàn)：

protected final boolean tryRelease(int releases) {//減掉releasesint c = getState() - releases;//如果釋放的不是持有鎖的線程，拋出異常if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())throw new IllegalMonitorStateException();boolean free = false;//state == 0 表示已經(jīng)釋放完全了，其他線程可以獲取同步狀態(tài)了if (c == 0) {free = true;setExclusiveOwnerThread(null);}setState(c);return free;}

只有當(dāng)同步狀態(tài)徹底釋放后該方法才會返回true。當(dāng)state == 0 時，則將鎖持有線程設(shè)置為null，free= true，表示釋放成功。

公平鎖與非公平鎖

公平鎖與非公平鎖的區(qū)別在于獲取鎖的時候是否按照FIFO的順序來。釋放鎖不存在公平性和非公平性，上面以非公平鎖為例，下面我們來看看公平鎖的tryAcquire(int arg)：

protectedfinalbooleantryAcquire(int acquires){final Thread current = Thread.currentThread();int c = getState();if (c == 0) {if (!hasQueuedPredecessors() &&compareAndSetState(0, acquires)) {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;}

比較非公平鎖和公平鎖獲取同步狀態(tài)的過程，會發(fā)現(xiàn)兩者唯一的區(qū)別就在于公平鎖在獲取同步狀態(tài)時多了一個限制條件：hasQueuedPredecessors()，定義如下：

public final boolean hasQueuedPredecessors() {Node t = tail; //尾節(jié)點(diǎn)Node h = head; //頭節(jié)點(diǎn)Node s;//頭節(jié)點(diǎn) != 尾節(jié)點(diǎn)//同步隊(duì)列第一個節(jié)點(diǎn)不為null//當(dāng)前線程是同步隊(duì)列第一個節(jié)點(diǎn)return h != t &&((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());}

該方法主要做一件事情：主要是判斷當(dāng)前線程是否位于CLH同步隊(duì)列中的第一個。如果是則返回true，否則返回false。

ReentrantLock與synchronized的區(qū)別

前面提到ReentrantLock提供了比synchronized更加靈活和強(qiáng)大的鎖機(jī)制，那么它的靈活和強(qiáng)大之處在哪里呢？他們之間又有什么相異之處呢？

首先他們肯定具有相同的功能和內(nèi)存語義。

與synchronized相比，ReentrantLock提供了更多，更加全面的功能，具備更強(qiáng)的擴(kuò)展性。例如：時間鎖等候，可中斷鎖等候，鎖投票。

ReentrantLock還提供了條件Condition，對線程的等待、喚醒操作更加詳細(xì)和靈活，所以在多個條件變量和高度競爭鎖的地方，ReentrantLock更加適合（以后會闡述Condition）。

ReentrantLock提供了可輪詢的鎖請求。它會嘗試著去獲取鎖，如果成功則繼續(xù)，否則可以等到下次運(yùn)行時處理，而synchronized則一旦進(jìn)入鎖請求要么成功要么阻塞，所以相比synchronized而言，ReentrantLock會不容易產(chǎn)生死鎖些。

ReentrantLock支持更加靈活的同步代碼塊，但是使用synchronized時，只能在同一個synchronized塊結(jié)構(gòu)中獲取和釋放。注：ReentrantLock的鎖釋放一定要在finally中處理，否則可能會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

ReentrantLock支持中斷處理，且性能較synchronized會好些。