最近在忙公司的項(xiàng)目疲恢，現(xiàn)在終于有時(shí)間來(lái)寫博客啦~開心開心
前言
通過(guò)前面的文章，我們已經(jīng)了解了AQS(AbstractQueuedSynchronizer)內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)與基本原理。現(xiàn)在我們來(lái)了解一下，Java中為我們提供的Lock機(jī)制下的鎖實(shí)現(xiàn)--ReentrantLock（重入鎖），閱讀該篇文章之前妻顶，希望你已閱讀以下文章。
- Java并發(fā)編程之鎖機(jī)制之Lock接口
- Java并發(fā)編程之鎖機(jī)制之AQS(AbstractQueuedSynchronizer)
- Java并發(fā)編程之鎖機(jī)制之LockSupport工具
- Java并發(fā)編程之鎖機(jī)制之Condition接口
ReentrantLock基本介紹
ReentrantLock是一種可重入的互斥鎖蜒车，它具有與使用synchronized方法和語(yǔ)句所訪問(wèn)的隱式監(jiān)視器鎖相同的一些基本行為和語(yǔ)義讳嘱，但功能更強(qiáng)大。
ReentrantLock 將由最近成功獲得鎖酿愧，并且還沒(méi)有釋放該鎖的線程所擁有沥潭。當(dāng)鎖沒(méi)有被另一個(gè)線程所擁有時(shí)，調(diào)用 lock 的線程將成功獲取該鎖并返回嬉挡。如果當(dāng)前線程已經(jīng)擁有該鎖钝鸽，此方法將立即返回∨痈郑可以使用isHeldByCurrentThread() 和 getHoldCount()方法來(lái)檢查此情況是否發(fā)生拔恰。
此類的構(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)(也是當(dāng)前ReentrantLock為公平鎖的情況)基括，在多個(gè)線程的爭(zhēng)用下颜懊，這些鎖傾向于將訪問(wèn)權(quán)授予等待時(shí)間最長(zhǎng)的線程。否則此鎖將無(wú)法保證任何特定訪問(wèn)順序风皿。與采用默認(rèn)設(shè)置（使用不公平鎖）相比河爹，使用公平鎖的程序在許多線程訪問(wèn)時(shí)表現(xiàn)為很低的總體吞吐量（即速度很慢，常常極其慢）桐款，但是在獲得鎖和保證鎖分配的均衡性時(shí)差異較小咸这。不過(guò)要注意的是，公平鎖不能保證線程調(diào)度的公平性魔眨。因此媳维，使用公平鎖的眾多線程中的一員可能獲得多倍的成功機(jī)會(huì)酿雪，這種情況發(fā)生在其他活動(dòng)線程沒(méi)有被處理并且目前并未持有鎖時(shí)。還要注意的是侄刽，未定時(shí)的 tryLock 方法并沒(méi)有使用公平設(shè)置执虹。因?yàn)榧词蛊渌€程正在等待，只要該鎖是可用的唠梨，此方法就可以獲得成功。
ReentrantLock 類基本結(jié)構(gòu)
通過(guò)上文的簡(jiǎn)單介紹后侥啤，我相信很多小伙伴還是一臉懵逼当叭，只知道上文我們提到了ReentrantLock與synchronized相比有相同的語(yǔ)義，同時(shí)其內(nèi)部分為了公平鎖與非公平鎖兩種鎖的類型盖灸，且該鎖是支持重進(jìn)入的蚁鳖。那么為了方便大家理解這些知識(shí)點(diǎn)，我們先從其類的基本結(jié)構(gòu)講起赁炎。具體類結(jié)構(gòu)如下圖所示：
從上圖中我們可以看出醉箕，在ReentrantLock類中，定義了三個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類徙垫，Sync讥裤、FairSync（公平鎖）、NonfairSync（非公平鎖）姻报。其中Sync繼承了AQS（AbstractQueuedSynchronizer）己英，而FairSync與NonfairSync又分別繼承了Sync。關(guān)于ReentrantLock基本類結(jié)構(gòu)如下所示：
public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {
private final Sync sync;
//默認(rèn)無(wú)參構(gòu)造函數(shù)吴旋，默認(rèn)為非公平鎖
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
//帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)损肛，用戶自己來(lái)決定是公平鎖還是非公平鎖
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
//抽象基類繼承AQS，公平鎖與非公平鎖繼承該類荣瑟，并分別實(shí)現(xiàn)其lock()方法
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
abstract void lock();
//省略部分代碼..
}
//非公平鎖實(shí)現(xiàn)
static final class NonfairSync extends Sync {...}
//公平鎖實(shí)現(xiàn)
static final class FairSync extends Sync {....}
//鎖實(shí)現(xiàn)治拿，根據(jù)具體子類實(shí)現(xiàn)調(diào)用
public void lock() {
sync.lock();
}
//響應(yīng)中斷的獲取鎖
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
sync.acquireInterruptibly(1);
}
//嘗試獲取鎖，默認(rèn)采用非公平鎖方法實(shí)現(xiàn)
public boolean tryLock() {
return sync.nonfairTryAcquire(1);
}
//超時(shí)獲取鎖
public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
//釋放鎖
public void unlock() {
sync.release(1);
}
//創(chuàng)建鎖條件（從Condetion來(lái)理解笆焰，就是創(chuàng)建等待隊(duì)列）
public Condition newCondition() {
return sync.newCondition();
}
//省略部分代碼....
}
這里為了方便大家理解
ReentrantLock類的整體結(jié)構(gòu)劫谅，我省略了一些代碼及重新排列了一些代碼的順序。
從代碼中我們可以看出仙辟。整個(gè)ReentrantLock類的實(shí)現(xiàn)其實(shí)都是交給了其內(nèi)部FairSync與NonfairSync兩個(gè)類同波。在ReentrantLock類中有兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)未檩，其中不帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)中默認(rèn)使用的NonfairSync（非公平鎖）。另一個(gè)帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，用戶自己來(lái)決定是FairSync（公平鎖）還是非公平鎖晴楔。
重進(jìn)入實(shí)現(xiàn)
在上文中，我們提到了ReentrantLock是支持重進(jìn)入的幔翰，那什么是重進(jìn)入呢贡定？重進(jìn)入是指任意線程在獲取到鎖之后能夠再次獲取該鎖旋炒，而不會(huì)被鎖阻塞铣除。那接下來(lái)我們看看這個(gè)例子敲长，如下所示：
class ReentrantLockDemo {
private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
methodA();
}
});
thread.start();
}
public static void methodA() {
lock.lock();
try {
System.out.println("我已經(jīng)進(jìn)入methodA方法了");
methodB();//方法A中繼續(xù)調(diào)用方法B
} finally {
lock.unlock();
}
}
public static void methodB() {
lock.lock();
try {
System.out.println("我已經(jīng)進(jìn)入methodB方法了");
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
//輸出結(jié)果
我已經(jīng)進(jìn)入methodA方法了
我已經(jīng)進(jìn)入methodB方法了
在上述代碼中我們聲明了一個(gè)線程調(diào)用methodA()方法杠茬。同時(shí)在該方法內(nèi)部我們又調(diào)用了methodB()方法。從實(shí)際的代碼運(yùn)行結(jié)果來(lái)看礁击，當(dāng)前線程進(jìn)入方法A之后盐杂。在方法B中再次調(diào)用lock.lock();時(shí)，該線程并沒(méi)有被阻塞哆窿。也就是說(shuō)ReentrantLock是支持重進(jìn)入的链烈。那下面我們就一起來(lái)看看其內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)原理。
因?yàn)?code>ReenTrantLock將具體實(shí)現(xiàn)交給了NonfairSync（非公平鎖）與FairSync(公平鎖)挚躯。同時(shí)又因?yàn)樯鲜鎏岬降膬蓚€(gè)鎖强衡，關(guān)于重進(jìn)入的實(shí)現(xiàn)又非常相似。所以這里將采用NonfairSync（非公平鎖）的重進(jìn)入的實(shí)現(xiàn)码荔，來(lái)進(jìn)行分析漩勤。希望讀者朋友們閱讀到這里的時(shí)候需要注意，不是我懶哦缩搅，是真的很相似哦越败。
好了下面我們來(lái)看代碼。關(guān)于NonfairSync代碼如下所示：
static final class NonfairSync extends Sync {
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))////直接獲取同步狀態(tài)成功硼瓣，那么就不再走嘗試獲取鎖的過(guò)程
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
}
當(dāng)我們調(diào)用lock()方法時(shí)究飞，通過(guò)CAS操作將AQS中的state的狀態(tài)設(shè)置為1，如果成功堂鲤，那么表示獲取同步狀態(tài)成功亿傅。那么會(huì)接著調(diào)用setExclusiveOwnerThread(Thread thread)方法來(lái)設(shè)置當(dāng)前占有鎖的線程。如果失敗瘟栖，則調(diào)用acquire(int arg)方法來(lái)獲取同步狀態(tài)（該方法是屬于AQS中的獨(dú)占式獲取同步狀態(tài)的方法葵擎，對(duì)該方法不熟悉的小伙伴，建議閱讀 Java并發(fā)編程之鎖機(jī)制之AQS(AbstractQueuedSynchronizer)）慢宗。而該方法內(nèi)部會(huì)調(diào)用tryAcquire(int acquires)來(lái)嘗試獲取同步狀態(tài)坪蚁。通過(guò)觀察奔穿，我們發(fā)現(xiàn)最終會(huì)調(diào)用Sync類中的nonfairTryAcquire(int acquires)方法。我們繼續(xù)跟蹤敏晤。
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
//獲取當(dāng)前線程
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
//(1)判斷同步狀態(tài)贱田，如果未設(shè)置，則設(shè)置同步狀態(tài)
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
//(2)如果當(dāng)前線程已經(jīng)獲取了同步狀態(tài)嘴脾，則增加同步狀態(tài)的值男摧。
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;
}
從代碼上來(lái)看，該方法主要走兩個(gè)步驟译打，具體如下所示：
- （1）先判斷同步狀態(tài)耗拓， 如果未曾設(shè)置，則設(shè)置同步狀態(tài)奏司，并設(shè)置當(dāng)前占有鎖的線程乔询。
- （2）判斷是否是同一線程，如果當(dāng)前線程已經(jīng)獲取了同步狀態(tài)（也就是獲取了鎖）韵洋，那么增加同步狀態(tài)的值竿刁。
也就是說(shuō)，如果同一個(gè)鎖獲取了鎖N(N為正整數(shù))次搪缨，那么對(duì)應(yīng)的同步狀態(tài)（state)也就等于N食拜。那么接下來(lái)的問(wèn)題來(lái)了，如果當(dāng)前線程重復(fù)N次獲取了鎖副编，那么該線程是否需要釋放鎖N次呢负甸？答案當(dāng)然是必須的。當(dāng)我們調(diào)用ReenTrantLock的unlock()方法來(lái)釋放同步狀態(tài)（也就是釋放鎖）時(shí)痹届，內(nèi)部會(huì)調(diào)用sync.release(1);呻待。最終會(huì)調(diào)用Sync類的tryRelease(int releases)方法。具體代碼如下所示：
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;
}
從代碼中队腐，我們可以知道带污，每調(diào)用一次unlock()方法會(huì)將當(dāng)前同步狀態(tài)減一。也就是說(shuō)如果當(dāng)前線程獲取了鎖N次香到，那么獲取鎖的相應(yīng)線程也需要調(diào)用unlock()方法N次鱼冀。這也是為什么我們?cè)谥暗闹厝腈i例子中，為什么methodB方法中也要釋放鎖的原因悠就。
非公平鎖
在ReentrantLock中有著非公平鎖與公平鎖的概念千绪，這里我先簡(jiǎn)單的介紹一下公平這兩個(gè)字的含義。這里的公平是指線程獲取鎖的順序梗脾。也就是說(shuō)鎖的獲取順序是按照當(dāng)前線程請(qǐng)求的絕對(duì)時(shí)間順序荸型，當(dāng)然前提條件下是該線程獲取鎖成功。
那么接下來(lái)炸茧，我們來(lái)分析在ReentrantLock中的非公平鎖的具體實(shí)現(xiàn)瑞妇。
這里需要大家具備
AQS(AbstractQueuedSynchronizer)類的相關(guān)知識(shí)稿静。如果大家不熟悉這塊的知識(shí)。建議大家閱讀 Java并發(fā)編程之鎖機(jī)制之AQS(AbstractQueuedSynchronizer)辕狰。
static final class NonfairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))//直接獲取同步狀態(tài)成功改备，那么就不再走嘗試獲取鎖的過(guò)程
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
//省略部分代碼...
}
當(dāng)在ReentrantLock在非公平鎖的模式下，去調(diào)用lock（）方法蔓倍。那么接下來(lái)最終會(huì)走AQS(AbstractQueuedSynchronizer)下的acquire(int arg)（獨(dú)占式的獲取同步狀態(tài)）悬钳，也就是如下代碼：
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
那么結(jié)合之前我們所講的AQS知識(shí)，在多個(gè)線程在獨(dú)占式請(qǐng)求共享狀態(tài)下（也就是請(qǐng)求鎖）的情況下偶翅，在AQS中的同步隊(duì)列中的線程節(jié)點(diǎn)情況如下圖所示：
那么我們?cè)囅胍环N情況默勾，當(dāng)Nod1中的線程執(zhí)行完相應(yīng)任務(wù)后，釋放鎖后聚谁。這個(gè)時(shí)候本來(lái)該喚醒當(dāng)前線程節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn),也就是Node2中的線程母剥。這個(gè)時(shí)候突然另一線程突然來(lái)獲取線程（這里我們用節(jié)點(diǎn)Node5來(lái)表示）。具體情況如下圖所示：
那么根據(jù)AQS中獨(dú)占式獲取同步狀態(tài)的邏輯形导。只要Node5對(duì)應(yīng)的線程獲取同步狀態(tài)成功媳搪。那么就會(huì)出現(xiàn)下面的這種情況，具體情況如下圖所示：
從上圖中我們可以看出骤宣，由于Node5對(duì)象的線程搶占了獲取同步狀態(tài)(獲取鎖)的機(jī)會(huì)，本身應(yīng)該被喚醒的Node2線程節(jié)點(diǎn)序愚。因?yàn)楂@取同步狀態(tài)失敗憔披。所以只有再次的陷入阻塞。那么綜上爸吮。我們可以知道芬膝。非公平鎖獲取同步狀態(tài)（獲取鎖）時(shí)不會(huì)考慮同步隊(duì)列中中等待的問(wèn)題。會(huì)直接嘗試獲取鎖形娇。也就是會(huì)存在后申請(qǐng)锰霜，但是會(huì)先獲得同步狀態(tài)（獲取鎖）的情況。
公平鎖
理解了非公平鎖桐早，再來(lái)理解公平鎖就非常簡(jiǎn)單了癣缅。下面我們來(lái)看一下公平鎖與非公平鎖的加鎖的源碼：
從源碼我們可以看出，非公平鎖與公平鎖之間的代碼唯一區(qū)別就是多了一個(gè)判斷條件
!hasQueuedPredecessors()(圖中紅框所示)哄酝。那我們查看其源碼（該代碼在AQS中友存，強(qiáng)烈建議閱讀 Java并發(fā)編程之鎖機(jī)制之AQS(AbstractQueuedSynchronizer)）
public final boolean hasQueuedPredecessors() {
Node t = tail;
Node h = head;
Node s;
return h != t &&
((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}
代碼理解理解起來(lái)非常簡(jiǎn)單，就是判斷當(dāng)前當(dāng)前head節(jié)點(diǎn)的next節(jié)點(diǎn)是不是當(dāng)前請(qǐng)求同步狀態(tài)（請(qǐng)求鎖）的線程陶衅。也就是語(yǔ)句
((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread()屡立。那么接下來(lái)結(jié)合AQS中的同步隊(duì)列我們可以得到下圖：
那么綜上我們可以得出，公平鎖保證了線程請(qǐng)求的同步狀態(tài)（請(qǐng)求鎖）的順序搀军。不會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)線程搶占的情況膨俐。
最后
該文章參考以下圖書勇皇，站在巨人的肩膀上》俅蹋可以看得更遠(yuǎn)敛摘。
- 《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》
