🔷 ReentrantLock

吞佛童子2022年10月10日
  • Java
  • concurrency
大约 3 分钟

🔷 ReentrantLock

1. 类注释

  • 提供 2 种策略
    • 公平模式
      • 性能受到一定影响
      • 可防止饥饿
      • 保证公平性
    • 非公平模式
      • 顺序无法保证

2. 类图

public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {
    // ...
    }

img_2.png


3. 属性

    private static final long serialVersionUID = 7373984872572414699L;
    /** Synchronizer providing all implementation mechanics */
    private final Sync sync;

4. 内部类

    /**
     * 继承自 AQS 的抽象类
     */
    abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;

        /**
         * 抽象方法 
         */
        abstract void lock();

        /**
         * 非公平方式尝试获取锁
         * 只要 c == 0 就参与竞争;若本身就是已经获锁的线程,修改 c 值
         * 获锁成功,则返回 true
         */
        final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) { // c == 0 说明没有前置节点,CAS 修改 state 状态
                if (compareAndSetState(0, acquires)) { // 修改成功
                    setExclusiveOwnerThread(current); 
                    return true;
                }
            } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { // 当前线程为获锁的线程
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) 
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

        // 释放锁,若释放后 c == 0 返回 true;否则返回 false
        protected final boolean tryRelease(int releases) {
            int c = getState() - releases;
            if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                throw new IllegalMonitorStateException(); // 当前线程非获锁线程,抛出异常
            boolean free = false;
            if (c == 0) {
                free = true;
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            setState(c);
            return free;
        }

        protected final boolean isHeldExclusively() {
            return getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
        }

        final ConditionObject newCondition() {
            return new ConditionObject(); // 实现了 Condition 的类
        }

        // Methods relayed from outer class

        final Thread getOwner() {
            return getState() == 0 ? null : getExclusiveOwnerThread();
        }

        final int getHoldCount() {
            return isHeldExclusively() ? getState() : 0;
        }

        final boolean isLocked() {
            return getState() != 0;
        }

        /**
         * 序列化相关
         */
        private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
            s.defaultReadObject();
            setState(0); // reset to unlocked state
        }
    }
    
    /**
     * 非公平锁的实现类
     */
    static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

        /**
         * 只要 c == 0 就尝试 CAS 设置 c == 1,可以看出这里不管 CLH 在有没有等待的线程,都参与竞争
         */
        final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1)) // 当前线程参与竞争
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); 
            else
                acquire(1); // 竞争失败,入队
        }

        // 尝试获锁,只要 c == 0 就参与竞争 或 本身就是已经获锁的线程
        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            return nonfairTryAcquire(acquires);
        }
    }
    
    /**
     * 公平锁的实现类
     */
    static final class FairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

        final void lock() {
            acquire(1); // 不参与竞争,入队
        }

        /**
         * 在尝试获锁前,需要保证 c == 0 且 CLH 队列无前置节点
         */
        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                // c == 0 的情况下,且
                // CLH 中没有前置节点,且
                // 成功修改 c 的状态
                if (!hasQueuedPredecessors() &&
                    compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { // 当前线程就是已经获锁的线程
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0)
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }
    }
    
    // 是 AQS 类的方法
    // 有前置节点在队列中,返回 true
    // 队列为空,或当前节点就是头节点,返回 false
    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());
    }

5. 构造函数

    /**
     *  默认创建非公平锁
     */
    public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }

    /**
     * 设置创建 公平锁 还是 非公平锁
     *
     * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
     */
    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

6. 常见方法

lock()

    public void lock() {
        sync.lock(); // 调用的是 NonfairSync || FairSync 的方法
    }

lockInterruptibly()

    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireInterruptibly(1); // 调用的是 AQS 的方法
    }

tryLock()

    public boolean tryLock() {
        return sync.nonfairTryAcquire(1); // 调用的是 非公平的尝试获锁,不论是公平锁还是非公平锁
    }

tryLock(long timeout, TimeUnit unit)

    public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(timeout)); // AQS 的 方法
    }

unlock()

    public void unlock() {
        sync.release(1); // AQS 的方法
    }

newCondition()

    public Condition newCondition() {
        return sync.newCondition(); // Sync 的方法
    }
上次编辑于: 2022/10/10 下午8:43:48
贡献者: liuxianzhishou