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Java并發(fā)編程之ReentrantLock解析

更新時(shí)間：2023年12月20日 10:00:53 作者：Brain_L

這篇文章主要介紹了Java并發(fā)編程之ReentrantLock解析,ReentrantLock內(nèi)容定義了一個(gè)抽象類(lèi)Sync,繼承自AQS,而不是自己去繼承AQS,所有對(duì)ReentrantLock的操作都會(huì)轉(zhuǎn)化為對(duì)Sync的操作,需要的朋友可以參考下

ReentrantLock

前篇寫(xiě)了JUC的基礎(chǔ)AQS，其中介紹了它提供的很多模板方法，但是在實(shí)際編程中我們不會(huì)直接使用它，而是會(huì)使用它的各種實(shí)現(xiàn)。

本文將介紹在實(shí)際使用中出現(xiàn)頻率很高的一種并發(fā)鎖——ReentrantLock。

從名字上來(lái)看，ReentrantLock具有兩個(gè)特性，一個(gè)是可重入，一個(gè)是鎖。

public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {
    private final Sync sync;
    abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        ...
    }
    static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
        /**
         * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
         * acquire on failure.
         */
        final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }
        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            return nonfairTryAcquire(acquires);
        }
    }
    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.
         */
        protected final boolean tryAcquire(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;
        }
    }
    public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }
    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }
    public void lock() {
        sync.lock();
    }
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }
}

ReentrantLock內(nèi)容定義了一個(gè)抽象類(lèi)Sync，繼承自AQS，而不是自己去繼承AQS，所有對(duì)ReentrantLock的操作都會(huì)轉(zhuǎn)化為對(duì)Sync的操作。同時(shí)又定義了Sync的兩個(gè)子類(lèi)FairSync和NonfairSync，分別用于實(shí)現(xiàn)公平鎖和非公平鎖。除非你在生成ReentrantLock時(shí)顯示的指明需要公平鎖，否則默認(rèn)采用非公平鎖。

可重入

先來(lái)看下可重入如何實(shí)現(xiàn)，以默認(rèn)的非公平鎖舉例?？芍厝?，意味著線程在獲取鎖之后，還可以再次獲取鎖，同樣，獲取了多少次，就要釋放多少次，否則資源釋放不對(duì)，別的線程將永遠(yuǎn)無(wú)法獲得鎖。

final void lock() {
    //1、CAS將state置為1
    if (compareAndSetState(0, 1))
        //2、設(shè)置自己為獨(dú)占線程
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
    else
        //3、否則嘗試獲取資源
        acquire(1);
}
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    return nonfairTryAcquire(acquires);
}
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            //1、如果state為0，說(shuō)明當(dāng)前鎖沒(méi)有被占用
            if (c == 0) {
                //2、CAS嘗試將state設(shè)為1
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    //3、獲取鎖成功，設(shè)置自己為獨(dú)占線程
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            //4、如果持有當(dāng)前鎖的線程就是自己
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                //5、那么將state增加acquires
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                //6、更新state，因?yàn)殒i已經(jīng)被自己持有了，所以這里不需要CAS設(shè)置
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
}
//AQS
public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
}

獲取鎖的過(guò)程中，4、5、6三步即實(shí)現(xiàn)了可重入獲取。再看下釋放。

protected final boolean tryRelease(int releases) {
            //1、每次釋放，將state減去釋放數(shù)
            int c = getState() - releases;
            if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            boolean free = false;
            //2、如果state為0，說(shuō)明所有資源都已經(jīng)釋放
            if (c == 0) {
                free = true;
                //3、將獨(dú)占線程置空
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            //4、更新state
            setState(c);
            return free;
        }

同樣，釋放時(shí)需要將獲取的資源依次扣除，什么時(shí)候state減為0了，才算該線程持有的所有資源都釋放掉了。

公平鎖實(shí)現(xiàn)可重入同理，不再贅述。

公平與非公平

那么公平鎖與非公平鎖又有什么區(qū)別呢？

非公平鎖的獲取上面已經(jīng)分析了，來(lái)看下公平鎖的獲取，看下有什么不同。

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                //1、等待隊(duì)列中是否已經(jīng)有節(jié)點(diǎn)在等待獲取鎖了
                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;
        }
public final boolean hasQueuedPredecessors() {
        Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order
        Node h = head;
        Node s;
        //2、等待隊(duì)列以后已經(jīng)初始化，并且有別的線程正在入隊(duì)(enq)或者已經(jīng)入隊(duì)
        return h != t &&
            ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
    }

公平和非公平的區(qū)別就在于，嘗試獲取鎖前要看下是否有線程已經(jīng)在自己之前就開(kāi)始等待了，如果沒(méi)有才去競(jìng)爭(zhēng)。通過(guò)這種方式保證公平，即先等先得。

公平鎖和非公平鎖哪種性能更好呢，公平鎖雖然能保證等待最久的線程可以先獲得鎖，但是這同時(shí)也以為著每次都會(huì)是不同的線程獲取鎖，每次都要進(jìn)行線程切換?！禞ava并發(fā)編程的藝術(shù)》進(jìn)行了測(cè)試，表明非公平鎖雖然可能造成某些線程一直獲取不到鎖，但是可以提高整體的吞吐量，所以ReentrantLock將其作為了默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。如果是需要保證這種先等先得的特性，也可以使用公平鎖。