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JAVA ReentrantLock 分析

發布時間：2023/12/31 编程问答 29 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 JAVA ReentrantLock 分析小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

并發編程中經常用到的莫非是這個ReentrantLock這個類，線程獲取鎖和釋放鎖。還有一個則是synchronized，常用來多線程控制獲取鎖機制。

先寫一個簡單的例子。

   package?com.multi.thread;    import?java.util.concurrent.locks.Lock;   import?java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;    public?class?AQSDemo?{    ????public?static?void?main(String[]?args)?{   ????????Lock?lock?=?new?ReentrantLock(true);    ????????MyThread?t1?=?new?MyThread("t1",?lock);   ????????MyThread?t2?=?new?MyThread("t2",?lock);   ????????MyThread?t3?=?new?MyThread("t3",?lock);   ????????t1.start();   ????????t2.start();   ????????t3.start();   ????}   ?????  }   class?MyThread?extends?Thread?{    ????private?Lock?lock;    ????public?MyThread(String?name,?Lock?lock)?{   ????????super(name);   ????????this.lock?=?lock;   ????}    ????@Override   ????public?void?run()?{   ????????lock.lock();   ????????try?{   ????????????System.out.println(Thread.currentThread()?+?"??is?running?");   ????????????try?{   ????????????????Thread.sleep(500);   ????????????}?catch?(InterruptedException?e)?{   ????????????????e.printStackTrace();   ????????????}   ????????}?finally?{   ????????????lock.unlock();   ????????}   ????}   }  

這是個簡單的用ReentrantLock的代碼。

知識點理解：

ReentranctLock:

1) 可重入性：大致意思就是如果一個函數能被安全的重復執行，那么這個函數是可重復的。聽起來很繞口。

2）可重入鎖：一個線程可以重復的獲取它已經擁有的鎖。

特性：

1）ReentrantLock可以在不同的方法中使用。

2）支持公平鎖和非公平鎖概念

????static final class NonfairSync extends Sync；（非公平鎖）

????static final class FairSync extends Sync；（公平鎖）

3）支持中斷鎖，收到中斷信號可以釋放其擁有的鎖。

4）支持超時獲取鎖：tryLock方法是嘗試獲取鎖，支持獲取鎖的是帶上時間限制，等待一定時間就會返回。

ReentrantLock就先簡單說一下AQS(AbstractQueuedSynchronizer)。java.util.concurrent包下很多類都是基于AQS作為基礎開發的，Condition,BlockingQueue以及線程池使用的worker都是基于起實現的，其實就是將負雜的繁瑣的并發過程封裝起來，以便其他的開發工具更容易的開發。其主要通過volatile和Unsafe類的原子操作，來實現阻塞和同步。

AQS是一個抽象類，其他類主要通過重載其tryAcquire(int arg)來獲取鎖，和tryRelease來釋放鎖。

AQS不在這里做分析，會有單獨的一篇文章來學習AQS。

ReentrantLock類里面主要有三個類，Sync，NonfairSync，FairSync這三個類，NonfairSync與FairSync類繼承自Sync類，Sync類繼承自AbstractQueuedSynchronizer抽象類。

Sync是ReentrantLock實現公平鎖和非公平鎖的主要實現，默認情況下ReentrantLock是非公平鎖。

????Lock lock = new ReentrantLock(true); ? ：true則是公平鎖，false就是非公平鎖，什么都不傳也是非公平鎖默認的。

非公平鎖：

????lock.lock（）；點進去代碼會進入到，ReentranctLock內部類Sync。

????

   ????abstract?static?class?Sync?extends?AbstractQueuedSynchronizer?{   ????????private?static?final?long?serialVersionUID?=?-5179523762034025860L;    ????????/**   ?????????*?Performs?{@link?Lock#lock}.?The?main?reason?for?subclassing   ?????????*?is?to?allow?fast?path?for?nonfair?version.   ?????????*/   ????????abstract?void?lock();   ?????????  ????????......省略。   ??????}   

這個抽象類Sync的里有一個抽象方法，lock()，供給NonfairSync，FairSync這兩個實現類來實現的。這個是一個模板方法設計模式，具體的邏輯供給子類來實現。

非公平鎖的lock的方法，雖然都可以自己看，但是還是粘貼出來，說一下。

   ?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);   ????????}   ????????......省略   ????}   

其實重點看這個compareAndSetState(0,1)，這個其實一個原子操作，是cas操作來獲取線程的資源的。其代表的是如果原來的值是0就將其設為1，并且返回true。其實這段代碼就是設置private volatile int state;，這個狀態的。

其實現原理就是通過Unsafe直接得到state的內存地址然后直接操作內存的。設置成功，就說明已經獲取到了鎖，如果失敗的，則會進入：

   public?final?void?acquire(int?arg)?{   ????????if?(!tryAcquire(arg)?&&   ????????????acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE),?arg))   ????????????selfInterrupt();   ????}   

這個方法里，這個過程是先去判斷鎖的狀態是否為可用，如果鎖已被持有，則再判斷持有鎖的線程是否未當前線程，如果是則將鎖的持有遞增，這也是java層實現可重入性的原理。如果再次失敗，則進入等待隊列。就是要進去等待隊列了AQS有一個內部類，是Node就是用來存放獲取鎖的線程信息。

AQS的線程阻塞隊列是一個雙向隊列，提供了FiFO的特性，Head節點表示頭部，tail表示尾部。

1）節點node,維護一個volatile狀態，維護一個prev指向向前一個隊列節點，根據前一個節點的狀態來判斷是否獲取鎖。

2）當前線程釋放的時候，只需要修改自身的狀態即可，后續節點會觀察到這個volatile狀態而改變獲取鎖。volatile是放在內存中的，共享的，所以前一個節點改變狀態后，后續節點會看到這個狀態信息。

獲取鎖失敗后就會加入到隊列里，但是有一點，不公平鎖就是，每個新來的線程來獲取所得時候，不是直接放入到隊列尾部，而是也去cas修改state狀態，看看是否獲取鎖成功。

總結非公平鎖：

首先會嘗試改變AQS的狀態，改變成功了就獲取鎖，否則失敗后再次通過判斷當前的state的狀態是否為0，如果為0，就再次嘗試獲取鎖。如果state不為0，該鎖已經被其他線程持有了，但是其它線程也可能也是自己啊，所以也要判斷一下是否是自己獲取線程，如果是則是獲取成功，且鎖的次數要加1，這是可重入鎖，不是則加入到node阻塞隊列里。加入到隊列后則在for循環中通過判斷當前線程狀態來決定是否喲啊阻塞。可以看出在加入隊列前及阻塞前多次嘗試去獲取鎖，而避免進入線程阻塞，這是因為阻塞、喚醒都需要cpu的調度，以及上下文切換，這是個重量級的操作，應盡量避免。

公平鎖：

  FairSync類：  final?void?lock()?{   ???//先去判斷鎖的狀態，而不是直接去獲取   ????acquire(1);  } AQS類：  public?final?void?acquire(int?arg)?{   ????if?(!tryAcquire(arg)?&&   ????????acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE),?arg))   ????????selfInterrupt();  } FairSync類：  protected?final?boolean?tryAcquire(int?acquires)?{   ????final?Thread?current?=?Thread.currentThread();   ????int?c?=?getState();   ????if?(c?==?0)?{   ?????  ????//hasQueuedPredecessors判斷是否有前節點，如果有就不會嘗試去獲取鎖   ????????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;  }  

公平鎖，主要區別是：什么事都要有個先來后到，先來的有先。獲取鎖的時候是先看鎖是否可用并且是否有節點，就是是否有阻塞隊列。有的話，就是直接放入到隊列尾部，而不是獲取鎖。

釋放鎖：

   public?void?unlock()?{   ????sync.release(1);  }  public?final?boolean?release(int?arg)?{   ????if?(tryRelease(arg))?{   ????????Node?h?=?head;   ????????if?(h?!=?null?&&?h.waitStatus?!=?0)   ????????????unparkSuccessor(h);   ????????return?true;   ????}   ????return?false;  }  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;  }  

釋放鎖是很簡單的，就是先去改變state這個狀態的值，改變后如果狀態為0，則說明釋放成功了，如果直接可重入了多次，也要釋放很多次的鎖。

釋放過程：

Head節點就是當前持有鎖的線程節點，當釋放鎖時，從頭結點的next來看，頭結點的下一個節點如果不為null,且waitStatus不大于0，則跳過判斷，否則從隊尾向前找到最前的一個waitStatus的節點，然后通過LockSupport.unpark(s.thread)喚醒該節點線程。可以看出ReentrantLock的非公平鎖只是在獲取鎖的時候是非公平的，如果進入到等待隊列后，在head節點的線程unlock()時，會按照進入的順序來得到喚醒，保證了隊列的FIFO的特性。

參考文章：

http://silencedut.com/2017/01/09/%E7%94%B1ReentrantLock%E5%88%86%E6%9E%90JUC%E7%9A%84%E6%A0%B8%E5%BF%83AQS/

http://www.cnblogs.com/leesf456/p/5383609.html

https://github.com/pzxwhc/MineKnowContainer/issues/16

http://www.importnew.com/24006.html

本文轉自豆芽菜橙 51CTO博客，原文鏈接:http://blog.51cto.com/shangdc/1930644

總結

以上是生活随笔為你收集整理的JAVA ReentrantLock 分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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