1. 概述
ReentrantLock是一個(gè)可重入的互斥鎖惨奕，也被稱為“獨(dú)占鎖”识颊。在上一篇講解AQS的時(shí)候已經(jīng)提到允耿，“獨(dú)占鎖”在同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)只能被一個(gè)線程持有奕删；而可重入的意思是，ReentrantLock可以被單個(gè)線程多次獲取疗认。
ReentrantLock又分為“公平鎖(fair lock)”和“非公平鎖(non-fair lock)”完残。它們的區(qū)別體現(xiàn)在獲取鎖的機(jī)制上：在“公平鎖”的機(jī)制下，線程依次排隊(duì)獲取鎖横漏；而“非公平鎖”機(jī)制下谨设，如果鎖是可獲取狀態(tài)，不管自己是不是在隊(duì)列的head節(jié)點(diǎn)都會(huì)去嘗試獲取鎖缎浇。
2. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和核心參數(shù)
可以看到ReetrantLock繼承自AQS扎拣，并實(shí)現(xiàn)了Lock接口。Lock源碼如下：
public interface Lock {
//獲取鎖素跺，如果鎖不可用則線程一直等待
void lock();
//獲取鎖二蓝，響應(yīng)中斷，如果鎖不可用則線程一直等待
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
//獲取鎖指厌，獲取失敗直接返回
boolean tryLock();
//獲取鎖刊愚，等待給定時(shí)間后如果獲取失敗直接返回
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
//釋放鎖
void unlock();
//創(chuàng)建一個(gè)新的等待條件
Condition newCondition();
}
在Lock提供的獲取鎖方法中，有lock()踩验、lockInterruptibly()鸥诽、tryLock()和tryLock(long time, TimeUnit unit)四種方式商玫，他們的區(qū)別如下：
-
lock()獲取失敗后，線程進(jìn)入等待隊(duì)列自旋或休眠牡借，直到鎖可用拳昌，并且忽略中斷的影響 -
lockInterruptibly()線程進(jìn)入等待隊(duì)列park后，如果線程被中斷钠龙，則直接響應(yīng)中斷（拋出InterruptedException） -
tryLock()獲取鎖失敗后直接返回炬藤，不進(jìn)入等待隊(duì)列 -
tryLock(long time, TimeUnit unit)獲取鎖失敗等待給定的時(shí)間后返回獲取結(jié)果
ReetrantLock通過(guò)AQS實(shí)現(xiàn)了自己的同步器Sync，分為公平鎖FairSync和非公平鎖NonfairSync俊鱼。在構(gòu)造時(shí)刻像，通過(guò)所傳參數(shù)boolean fair來(lái)確定使用那種類型的鎖。
本篇會(huì)以對(duì)比的方式分析兩種鎖的源碼實(shí)現(xiàn)方式并闲。
3. 源碼解析
3.1 lock()
lock()方法用于獲取鎖细睡，兩種類型的鎖源碼實(shí)現(xiàn)如下：
//獲取鎖，一直等待鎖可用
public void lock() {
sync.lock();
}
//公平鎖獲取
final void lock() {
acquire(1);
}
//非公平鎖獲取
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
說(shuō)明：公平鎖的lock方法調(diào)用了AQS的acquire(1)帝火；而非公平鎖則直接通過(guò)CAS修改state值來(lái)獲取鎖溜徙，當(dāng)獲取失敗時(shí)才會(huì)調(diào)用acquire(1)來(lái)獲取鎖。
關(guān)于acquire()方法犀填，在上篇介紹AQS的時(shí)候已經(jīng)講過(guò)蠢壹，印象不深的同學(xué)可以翻回去看一下，這里主要來(lái)看一下tryAcquire在ReetrantLock中的實(shí)現(xiàn)九巡。
公平鎖tryAcquire：
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();//獲取鎖狀態(tài)state
if (c == 0) {
if (!hasQueuedPredecessors() && //判斷當(dāng)前線程是否還有前節(jié)點(diǎn)
compareAndSetState(0, acquires)) {//CAS修改state
//獲取鎖成功图贸，設(shè)置鎖的持有線程為當(dāng)前線程
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {//當(dāng)前線程已經(jīng)持有鎖
int nextc = c + acquires;//重入
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);//更新state狀態(tài)
return true;
}
return false;
}
說(shuō)明：公平鎖模式下的tryAcquire，執(zhí)行流程如下：
- 如果當(dāng)前鎖狀態(tài)
state為0冕广，說(shuō)明鎖處于閑置狀態(tài)可以被獲取疏日，首先調(diào)用hasQueuedPredecessors方法判斷當(dāng)前線程是否還有前節(jié)點(diǎn)(prev node)在等待獲取鎖。如果有撒汉，則直接返回false沟优；如果沒(méi)有，通過(guò)調(diào)用compareAndSetState（CAS）修改state值來(lái)標(biāo)記自己已經(jīng)拿到鎖睬辐，CAS執(zhí)行成功后調(diào)用setExclusiveOwnerThread設(shè)置鎖的持有者為當(dāng)前線程挠阁。程序執(zhí)行到現(xiàn)在說(shuō)明鎖獲取成功，返回true溯饵； - 如果當(dāng)前鎖狀態(tài)
state不為0侵俗，但當(dāng)前線程已經(jīng)持有鎖（current == getExclusiveOwnerThread()），由于鎖是可重入（多次獲确峥）的坡慌，則更新重入后的鎖狀態(tài)state += acquires。鎖獲取成功返回true藻三。
非公平鎖tryAcquire
//非公平鎖獲取
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)) {//CAS修改state
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;//計(jì)算重入后的state
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
說(shuō)明：通過(guò)對(duì)比公平鎖和非公平鎖tryAcquire的代碼可以看到洪橘，非公平鎖的獲取略去了!hasQueuedPredecessors()這一操作跪者，也就是說(shuō)它不會(huì)判斷當(dāng)前線程是否還有前節(jié)點(diǎn)(prev node)在等待獲取鎖，而是直接去進(jìn)行鎖獲取操作熄求。
3.2 unlock()
//釋放鎖
public void unlock() {
sync.release(1);
}
說(shuō)明：關(guān)于release()方法渣玲，在上篇介紹AQS的時(shí)候已經(jīng)講過(guò)，印象不深的同學(xué)可以翻回去看一下弟晚，這里主要來(lái)看一下tryRelease在ReetrantLock中的實(shí)現(xiàn)：
protected final boolean tryRelease(int releases) {
int c = getState() - releases;//計(jì)算釋放后的state值
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
if (c == 0) {
free = true;//鎖全部釋放忘衍，可以喚醒下一個(gè)等待線程
setExclusiveOwnerThread(null);//設(shè)置鎖持有線程為null
}
setState(c);
return free;
}
說(shuō)明：tryRelease用于釋放給定量的資源。在ReetrantLock中每次釋放量為1卿城，也就是說(shuō)瑟押，在可重入鎖中，獲取鎖的次數(shù)必須要等于釋放鎖的次數(shù)，這樣才算是真正釋放了鎖饭于。在鎖全部釋放后（state==0）才可以喚醒下一個(gè)等待線程木西。
3.3 等待條件Condition
在上篇介紹AQS中提到過(guò)八千，在AQS中不光有等待隊(duì)列重绷，還有一個(gè)條件隊(duì)列愤钾，這個(gè)條件隊(duì)列就是我們接下來(lái)要講的Condition杂瘸。
Condition的作用是對(duì)鎖進(jìn)行更精確的控制镜硕。Condition中的await()血淌、signal()峰伙、signalAll()方法相當(dāng)于Object的wait()、notify()、notifyAll()方法。不同的是，Object中的wait()、notify()、notifyAll()方法是和"同步鎖"(synchronized關(guān)鍵字)捆綁使用的看幼；而Condition是需要與Lock捆綁使用的苞轿。
Condition函數(shù)列表
//使當(dāng)前線程在被喚醒或被中斷之前一直處于等待狀態(tài)契邀。
void await()
//使當(dāng)前線程在被喚醒、被中斷或到達(dá)指定等待時(shí)間之前一直處于等待狀態(tài)古戴。
boolean await(long time, TimeUnit unit)
//使當(dāng)前線程在被喚醒欠橘、被中斷或到達(dá)指定等待時(shí)間之前一直處于等待狀態(tài)。
long awaitNanos(long nanosTimeout)
//使當(dāng)前線程在被喚醒之前一直處于等待狀態(tài)现恼。
void awaitUninterruptibly()
//使當(dāng)前線程在被喚醒肃续、被中斷或到達(dá)指定最后期限之前一直處于等待狀態(tài)。
boolean awaitUntil(Date deadline)
//喚醒一個(gè)等待線程叉袍。
void signal()
//喚醒所有等待線程始锚。
void signalAll()
下面我們來(lái)看一下Condition在AQS中的實(shí)現(xiàn)
3.3.1 await()
//使當(dāng)前線程在被喚醒或被中斷之前一直處于等待狀態(tài)。
public final void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
Node node = addConditionWaiter();//添加并返回一個(gè)新的條件節(jié)點(diǎn)
int savedState = fullyRelease(node);//釋放全部資源
int interruptMode = 0;
while (!isOnSyncQueue(node)) {
//當(dāng)前線程不在等待隊(duì)列喳逛，park阻塞
LockSupport.park(this);
if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
//線程被中斷瞧捌，跳出循環(huán)
break;
}
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT;
if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
unlinkCancelledWaiters();//解除條件隊(duì)列中已經(jīng)取消的等待節(jié)點(diǎn)的鏈接
if (interruptMode != 0)
reportInterruptAfterWait(interruptMode);//等待結(jié)束后處理中斷
}
說(shuō)明： await()方法相當(dāng)于Object的wait()。把當(dāng)前線程添加到條件隊(duì)列中調(diào)用LockSupport.park()阻塞润文，直到被喚醒或中斷姐呐。函數(shù)流程如下：
- 首先判斷線程是否被中斷，如果是转唉，直接拋出
InterruptedException皮钠，否則進(jìn)入下一步稳捆； - 添加當(dāng)前線程到條件隊(duì)列中赠法，然后釋放全部資源/鎖;
- 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)不在等待隊(duì)列中，調(diào)用
LockSupport.park()阻塞當(dāng)前線程，直到被unpark或被中斷砖织。這里先簡(jiǎn)單說(shuō)一下signal方法款侵，在線程接收到signal信號(hào)后，unpark當(dāng)前線程侧纯，并把當(dāng)前線程轉(zhuǎn)移到等待隊(duì)列中（sync queue）新锈。所以，在當(dāng)前方法中眶熬，如果線程被解除阻塞（unpark）妹笆，也就是說(shuō)當(dāng)前線程被轉(zhuǎn)移到等待隊(duì)列中，就會(huì)跳出while循環(huán)娜氏，進(jìn)入下一步拳缠； - 線程進(jìn)入等待隊(duì)列后，調(diào)用
acquireQueued方法獲取鎖贸弥； - 調(diào)用
unlinkCancelledWaiters方法檢查條件隊(duì)列中已經(jīng)取消的節(jié)點(diǎn)窟坐，并解除它們的鏈接（這些取消的節(jié)點(diǎn)在隨后的垃圾收集中被回收掉）； - 邏輯處理結(jié)束绵疲，最后處理中斷（拋出
InterruptedException或把忽略的中斷補(bǔ)上）哲鸳。
3.3.2 signal()
//喚醒線程
public final void signal() {
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
Node first = firstWaiter;
if (first != null)
doSignal(first);//喚醒條件隊(duì)列的首節(jié)點(diǎn)線程
}
//從條件隊(duì)列中移除給定節(jié)點(diǎn)，并把它轉(zhuǎn)移到等待隊(duì)列
private void doSignal(Node first) {
do {
if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
lastWaiter = null;
first.nextWaiter = null; //解除首節(jié)點(diǎn)鏈接
} while (!transferForSignal(first) && //接收到signal信號(hào)后盔憨，把節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入等待隊(duì)列
(first = firstWaiter) != null);
}
//接收到signal信號(hào)后徙菠，把節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入等待隊(duì)列
final boolean transferForSignal(Node node) {
/*
* If cannot change waitStatus, the node has been cancelled.
*/
if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
//CAS修改狀態(tài)失敗，說(shuō)明節(jié)點(diǎn)被取消郁岩，直接返回false
return false;
Node p = enq(node);//添加節(jié)點(diǎn)到等待隊(duì)列懒豹，并返回節(jié)點(diǎn)的前繼節(jié)點(diǎn)(prev)
int ws = p.waitStatus;
if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
//如果前節(jié)點(diǎn)被取消，說(shuō)明當(dāng)前為最后一個(gè)等待線程驯用，unpark喚醒當(dāng)前線程
LockSupport.unpark(node.thread);
return true;
}
說(shuō)明：signal方法用于發(fā)送喚醒信號(hào)脸秽。在不考慮線程爭(zhēng)用的情況下，執(zhí)行流程如下：
- 獲取條件隊(duì)列的首節(jié)點(diǎn)蝴乔，解除首節(jié)點(diǎn)的鏈接（
first.nextWaiter = null;）记餐； - 調(diào)用
transferForSignal把條件隊(duì)列的首節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到等待隊(duì)列的尾部。在transferForSignal中薇正，轉(zhuǎn)移節(jié)點(diǎn)后片酝，轉(zhuǎn)移的節(jié)點(diǎn)沒(méi)有前繼節(jié)點(diǎn)，說(shuō)明當(dāng)前最后一個(gè)等待線程挖腰，直接調(diào)用unpark()喚醒當(dāng)前線程雕沿。
Condition的其他例如awaitNanos(long nanosTimeout)、signalAll()等方法這里這里就不多贅述了猴仑，執(zhí)行流程都差不多审轮，同學(xué)們可以參考上述分析閱讀。
synchronized和ReentrantLock的選擇
ReentrantLock在加鎖和內(nèi)存上提供的語(yǔ)義與內(nèi)置鎖synchronized相同，此外它還提供了一些其他功能疾渣，包括定時(shí)的鎖等待篡诽、可中斷的鎖等待、公平性榴捡，以及實(shí)現(xiàn)非塊結(jié)構(gòu)的加鎖杈女。從性能方面來(lái)說(shuō)，在JDK5的早期版本中吊圾，ReentrantLock的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于synchronized达椰，但是從JDK6開(kāi)始，JDK在synchronized上做了大量?jī)?yōu)化项乒，使得兩者的性能差距不大砰碴。synchronized的優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。 所以說(shuō)板丽，兩者之間的選擇還是要看具體的需求呈枉，ReentrantLock可以作為一種高級(jí)工具，當(dāng)需要一些高級(jí)功能時(shí)可以使用它埃碱。
