我們可以了解到它是一個(gè)可重入鎖,下面我們就一起看一下它的底層實(shí)現(xiàn)~
構(gòu)造函數(shù)
我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候，都是先new它，所以我們先看下它的構(gòu)造函數(shù),它主要有兩個(gè):
public ReentrantLock() { sync = new NonfairSync();}public ReentrantLock(boolean fair) { sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();}
從字面上看，它們之間的不同點(diǎn)在于fair,翻譯過(guò)來(lái)就是公平的意思,大體可以猜到它是用來(lái)構(gòu)建公平鎖和非公平鎖,在繼續(xù)往下看源碼之前，先給大家科普一下這兩種鎖。
公平鎖 & 非公平鎖
- 公平鎖 多個(gè)線程按照申請(qǐng)鎖的順序去獲得鎖，線程會(huì)直接進(jìn)入隊(duì)列去排隊(duì)，永遠(yuǎn)都是隊(duì)列的第一位才能得到鎖。(例如銀行辦業(yè)務(wù)取號(hào))
這種鎖的優(yōu)點(diǎn)很明顯，每個(gè)線程都能夠獲取資源，缺點(diǎn)也很明顯，如果某個(gè)線程阻塞了，其它線程也會(huì)阻塞，然而cpu喚醒開銷很大，之前也給大家講過(guò)
- 非公平鎖 多個(gè)線程都去嘗試獲取鎖，獲取不到就進(jìn)入等待隊(duì)列，cpu也不用去喚醒
優(yōu)缺點(diǎn)正好和上邊相反,優(yōu)點(diǎn)減少開銷，缺點(diǎn)也很明顯，可能會(huì)導(dǎo)致一直獲取不到鎖或長(zhǎng)時(shí)間獲取不到鎖
好，有了基本概念之后，我們繼續(xù)往下看
NonfairSync
首先，我們看下非公平鎖,默認(rèn)情況下，我們申請(qǐng)的都是非公平鎖，也就是new ReentrantLock(),我們接著看源碼
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); }}
它繼承了Sync,Sync是一個(gè)內(nèi)容靜態(tài)抽象類:
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {…}
分為公平和非公平，使用AQS狀態(tài)來(lái)表示持鎖的次數(shù),在構(gòu)造函數(shù)初始化的時(shí)候都有sync = …,我們接著看NonfairSync。在使用的時(shí)候，我們調(diào)用了lock.lock()方法,它是ReentrantLock的一個(gè)實(shí)例方法
// 獲取鎖 public void lock() { sync.lock(); }
實(shí)際上內(nèi)部還是調(diào)了sync的內(nèi)部方法,因?yàn)槲覀兩暾?qǐng)的是非公平鎖,所以我們看NonfairSync下的lock實(shí)現(xiàn):
final void lock() { if (compareAndSetState(0, 1)) setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); else acquire(1);}
compareAndSetState這個(gè)方法,是AQS的內(nèi)部方法,意思是如果當(dāng)前狀態(tài)值等于預(yù)期值，則自動(dòng)將同步狀態(tài)設(shè)置為給定的更新值。此操作具有volatile讀寫的內(nèi)存語(yǔ)義。
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) { // See below for intrinsics setup to support this return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);}
可以看到執(zhí)行l(wèi)ock方法,會(huì)通過(guò)AQS機(jī)制計(jì)數(shù)，setExclusiveOwnerThread設(shè)置線程獨(dú)占訪問(wèn)權(quán)限,它是AbstractOwnableSynchronizer的一個(gè)內(nèi)部方法，子類通過(guò)使用它來(lái)管理線程獨(dú)占
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {}
可以看到它是繼承了AbstractOwnableSynchronizer。下面接著看，我們說(shuō)如果實(shí)際值等于期望值會(huì)執(zhí)行上邊的方法，不期望的時(shí)候會(huì)執(zhí)行acquire(1)
public final void acquire(int arg) { if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt();}
這個(gè)方法以獨(dú)占模式獲取，忽略中斷，它會(huì)嘗試調(diào)用tryAcquire,成功會(huì)返回，不成功進(jìn)入線程排隊(duì),可以重復(fù)阻塞和解除阻塞。看下AQS 內(nèi)部的這個(gè)方法
protected boolean tryAcquire(int arg) { throw new UnsupportedOperationException();}
我們可以看到實(shí)現(xiàn)肯定不在這，它的具體實(shí)現(xiàn)在NonfairSync
protected final boolean tryAcquire(int acquires) { return nonfairTryAcquire(acquires); }
可以看到它調(diào)用了，nonfairTryAcquire方法,這個(gè)方法是不公平的tryLock,具體實(shí)現(xiàn)在Sync內(nèi)部，這里我們要重點(diǎn)關(guān)注一下
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); // 返回同步狀態(tài)值，它是AQS內(nèi)部的一個(gè)方法 // private volatile int state; // protected final int getState() { // return state; // } int c = getState(); if (c == 0) { // 為0就比較一下，如果與期望值相同就設(shè)置為獨(dú)占線程，說(shuō)明鎖已經(jīng)拿到了 if (compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } // 否則 判斷如果當(dāng)前線程已經(jīng)是被設(shè)置獨(dú)占線程了 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { // 設(shè)置當(dāng)前線程狀態(tài)值 + 1 并返回成功 int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) // overflow throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } // 否則返回失敗 沒拿到鎖 return false;}
好，我們?cè)倩剡^(guò)頭看下 acquire
public final void acquire(int arg) { // 如果當(dāng)前線程沒有獲取到鎖 并且 在隊(duì)列中的線程嘗試不斷拿鎖如果被打斷了會(huì)返回true, 就會(huì)調(diào)用 selfInterrupt if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt(); }
selfInterrupt很好理解,線程中斷
static void selfInterrupt() { Thread.currentThread().interrupt(); }
其實(shí)我們關(guān)注的重點(diǎn)是這個(gè)方法acquireQueued，首先關(guān)注一下入?yún)?它內(nèi)部傳入了一個(gè)addWaiter,最后它回NODE節(jié)點(diǎn)
private Node addWaiter(Node mode) { // mode 沒啥好說(shuō)的就是一個(gè)標(biāo)記，用于標(biāo)記獨(dú)占模式 static final Node EXCLUSIVE = null; Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure Node pred = tail; if (pred != null) { node.prev = pred; if (compareAndSetTail(pred, node)) { pred.next = node; return node; } } enq(node); return node; }
我們可以大體從猜到，Node是一個(gè)等待隊(duì)列的節(jié)點(diǎn)類,是一個(gè)鏈表結(jié)構(gòu)，之前我們講FutureTask源碼的時(shí)候也遇到過(guò)這種結(jié)構(gòu)，它通常用于自旋鎖,在這個(gè)地方，它是用于阻塞同步器
+——+ prev +—–+ +—–+head | | <—- | | <—- | | tail +——+ +—–+ +—–+
好，下面我們關(guān)注一下 acquireQueued
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { boolean failed = true; try { // 默認(rèn)是 false boolean interrupted = false; // 進(jìn)入阻塞循環(huán)遍歷 線程隊(duì)列 for (;;) { // 返回前一個(gè)節(jié)點(diǎn) final Node p = node.predecessor(); // 判斷如果前一個(gè)節(jié)點(diǎn)是頭部節(jié)點(diǎn)，并且拿到鎖了，就會(huì)設(shè)置當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為頭部節(jié)點(diǎn) if (p == head && tryAcquire(arg)) { setHead(node); // 這里可以看到注釋 help gc , p.next = null; // help GC failed = false; return interrupted; } // 檢查并更新未能獲取的節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。如果線程應(yīng)該阻塞，則返回 true 并且線程中斷了 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { // 如果失敗 取消正在嘗試獲取的節(jié)點(diǎn) if (failed) cancelAcquire(node); }}
從上面的源碼來(lái)看，在體會(huì)一下上面講的非公平鎖的概念，是不是更好理解一些,然后就是釋放鎖unlock,這個(gè)方法我們可以看到是ReentrantLock下的一個(gè)實(shí)例方法，所以公平鎖的釋放鎖也是調(diào)的這個(gè)方法,其實(shí)最終可以猜到調(diào)用的還是sync的方法
public void unlock() { sync.release(1); }
Sync繼承AQS,release是AQS的內(nèi)部方法
public final boolean release(int arg) { // 嘗試釋放鎖 tryRelease 在Sync內(nèi)部 if (tryRelease(arg)) { Node h = head; // 如果節(jié)點(diǎn)存在 并且狀態(tài)值不為0 if (h != null && h.waitStatus != 0) // 喚醒下個(gè)節(jié)點(diǎn) unparkSuccessor(h); return true; } return false; }private void unparkSuccessor(Node node) { int ws = node.waitStatus; if (ws 0) { s = null; for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) if (t.waitStatus <= 0) s = t; } if (s != null) // 可以看到調(diào)用了 LockSupport來(lái)喚醒 LockSupport.unpark(s.thread); }
我們?cè)倏聪聇ryRelease, 同樣這個(gè)實(shí)現(xiàn)在Sync內(nèi)
protected final boolean tryRelease(int releases) { // 同樣釋放鎖的時(shí)候 依然使用 AQS計(jì)數(shù) int c = getState() – releases; // 判斷當(dāng)前線程是否是獨(dú)占線程，不是拋出異常 if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) throw new IllegalMonitorStateException(); boolean free = false; // 如果是0 表示是釋放成功 if (c == 0) { free = true; // 并且把獨(dú)占線程設(shè)為null setExclusiveOwnerThread(null); } // 更新狀態(tài)值 setState(c); return free; }
FairSync
公平鎖FairSync的區(qū)別在于,它的獲取鎖的實(shí)現(xiàn)在它的內(nèi)部,Sync默認(rèn)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了非公平鎖
static final class FairSync extends Sync { private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L; // 這個(gè)方法最終調(diào)用 tryAcquire final void lock() { acquire(1); } // 公平鎖的實(shí)現(xiàn) protected final boolean tryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); // 這邊和非公平鎖的實(shí)現(xiàn)有些相似 同樣判斷狀態(tài) if (c == 0) { // 判斷排隊(duì)隊(duì)列是否存在， 不存在并且比較期望值 if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) { // 設(shè)置獨(dú)占線程 并返回成功 setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } // 這邊和上面類似 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false; } }
它的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，通過(guò)實(shí)現(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，它按照申請(qǐng)鎖的順序來(lái)獲取鎖，排第一的先拿到鎖，在結(jié)合上面的概念理解一下，就很好理解了.
釋放鎖unlock，上面我們已經(jīng)講過(guò)了~
結(jié)束語(yǔ)
本節(jié)內(nèi)容可能有點(diǎn)多，主要是看源碼，可以打斷點(diǎn)自己調(diào)一下, 舉一反三,通過(guò)源碼去理解一下什么是公平鎖和非公平鎖, ReentrantLock可重入鎖體驗(yàn)在哪里。
