ReentrantLock核心原理！
发表于更新于
ReentrantLock是可重入的互斥锁。
ReentrantLock底层基于AbstractQueuedSynchronizer实现。
整体结构
ReentrantLock内部定义了专门的组件Sync，Sync继承AbstractQueuedSynchronizer提供释放资源的实现。
NonfairSync和FairSync是基于Sync扩展的子类，即ReentrantLock的非公平模式与公平模式。
它们作为Lock接口功能的基本实现。
在ReentrantLock中，它对AbstractQueuedSynchronizer的state状态值定义为线程获取该锁的重入次数。
state状态值为0表示当前没有被任何线程持有，state状态值为1表示被其他线程持有。
因为支持可重入，如果是持有锁的线程，再次获取同一把锁，直接成功，并且state状态值+1，线程释放锁state状态值-1。
同理重入多次锁的线程，需要释放相应的次数。
Sync
Sync继承了AbstractQueuedSynchronizer，是ReentrantLock的核心，NonfairSync与FairSync都是基于Sync扩展出来的子类。
Sync实现了AQS类的释放资源（tryRelease），然后抽象了一个获取锁的函数（lock）让子类自行实现。
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| abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;
abstract void lock();
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (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;
}
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;
}
}
|
tryRelease流程：
NonfairSync
在ReentrantLock中支持两种获取锁的策略，分别是非公平策略与公平策略，NonfairSync就是非公平策略。
NonfairSync继承Sync实现了lock函数，CAS设置状态值state为1代表获取锁成功。
否则执行AQS的acquire函数（获取锁模板）。
另外NonfairSync还实现了AQS留给子类实现的tryAcquire函数（获取资源）。
直接使用Sync提供的nonfairTryAcquire函数来实现tryAcquire。
最后子类实现的tryAcquire函数在AQS的acquire函数中被使用。
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| static final class NonfairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
}
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
|
当前线程查看资源是否可获取：
可获取，尝试使用CAS设置state为1，CAS成功代表获取资源成功，否则获取资源失败。
不可获取，判断当线程是不是持有锁的线程，如果是，state重入计数，获取资源成功，否则获取资源失败。
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final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (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;
}
|
FairSync
FairSync流程与NonfairSync基本一致，唯一的区别就是在CAS执行前，多了一步hasQueuedPredecessors函数，这一步就是判断当前线程是不是CLH队列被唤醒的线程，如果是就执行CAS，否则获取资源失败。
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| static final class FairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;
final void lock() {
acquire(1);
}
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 final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
|
Lock的实现
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private final Sync sync;
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
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| public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 7373984872572414699L;
private final Sync sync;
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
public void lock() {
sync.lock();
}
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
sync.acquireInterruptibly(1);
}
public boolean tryLock() {
return sync.nonfairTryAcquire(1);
}
public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
public void unlock() {
sync.release(1);
}
public Condition newCondition() {
return sync.newCondition();
}
}
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