ReentrantLock源码分析

栏目: 编程工具 · 发布时间: 4年前

内容简介：Reentrantlock是并发包中可重入的独占锁，只能有一个线程占有锁，锁的获取和释放是基于AQS（AbstractQueuedSynchronized）实现的，有公平和不公平两种获取锁的实现方式。Reentranlock 中有一个内部抽象类Sync继承自AbstractQueuedSynchronized，主要是它来实现锁获取和释放的功能，Sync 在ReentrantLock中有两种实现类：NonfairSync（非公平获取锁）、FairSync（公平获取锁）， Reentrantlock支持Co

一、简介

Reentrantlock是并发包中可重入的独占锁，只能有一个线程占有锁，锁的获取和释放是基于AQS（AbstractQueuedSynchronized）实现的，有公平和不公平两种获取锁的实现方式。Reentranlock 中有一个内部抽象类Sync继承自AbstractQueuedSynchronized，主要是它来实现锁获取和释放的功能，Sync 在ReentrantLock中有两种实现类：NonfairSync（非公平获取锁）、FairSync（公平获取锁）， Reentrantlock支持Condition，AQS中有同步队列和条件队列，不清楚的，可以看下另一篇AbstractQueuedSynchronized的源码分析。

还没写完，有空继续写

二、类关系

ReentrantLock源码分析

//独占锁的接口，以下方法在下面都会详细的介绍
public interface Lock {
    
    //加锁，不支持中断
    void lock();
    
    //加锁，支持中断，抛出中断异常
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    
    //尝试加锁，不支持中断
    boolean tryLock();
    
    //在超时时间内获取锁  
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    
    //解锁
    void unlock();
    
    //获取条件变量Condition 
    Condition newCondition();
}复制代码

三、属性

//Reentrantlock锁的获取和释放都是基于Sync，Sync 在ReentrantLock中有两种实现类：NonfairSync（非公平获取锁）、FairSync（公平获取锁），下面会详细介绍Sync
private final Sync sync;复制代码

四、构造函数

//无参构造函数，创建ReentrantLock实例，创建非公平的获取锁NonfairSync实例属性
public ReentrantLock() {sync = new NonfairSync();}

/**
 * 根据传入fair参数，创建非公平的获取锁NonfairSync实例或者公平的获取锁FairSync实例属性
 * 
 * @param fair {@code true} 创建FairSync实例属性，false创建NonfairSync实例属性 
 */
public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
复制代码

五、内部类

Sync内部类

//AbstractQueuedSynchronizer的实现类，锁的获取和释放都是基于Sync，对AbstractQueuedSynchronizer不清楚的，可以看下另一篇AbstractQueuedSynchronizer源码分析 
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;
        
        //抽象方法，由NonfairSync和FairSync进行实现，公平的获取锁，还是非公平的获取锁
        abstract void lock();
        
        //在NonfairSync中使用到，非公平的获取锁
        //@param acquires 要获取的锁数
        final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            //获取当前要加锁的线程
            final Thread current = Thread.currentThread();
            //获取锁的状态，即AQS的属性state值
            int c = getState();
            //如果锁的状态等于0，表示处于无锁状态
            if (c == 0) {
                //使用CAS更新锁状态，将锁状态更新成要获取的锁数
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    //如果CAS更新锁状态成功，表示获取锁成功，将当前线程设置为占有锁的线程，即设置属性exclusiveOwnerThread为当前线程
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    //返回加锁成功 
                    return true;
                }
            }
            //当前锁已被占有，判断占有锁的线程是否是当前线程，如果不是直接返回获取锁失败
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                //锁的原有状态加上传入进来要获取的锁数得到新的锁状态值
                int nextc = c + acquires;
                //如果计算出的状态值是负数，直接抛出Error错误，但是感觉这里会有些问题，比如原来的锁状态值为1，传入-1也会把锁给释放掉，这样加锁操作就变成了释放锁操作
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                //设置锁的状态值为新的状态值nextc
                setState(nextc);
                //返回获取锁成功 
                return true;
            }
            //返回获取锁失败
            return false;
        }
   
        //此方法在unLock方法中使用到，释放锁，修改锁的状态          
        //此方法只能在占有锁的线程调用，即unLock方法只能在持有锁的线程进行锁的释放
        //@param releases 要释放的锁数
        protected final boolean tryRelease(int releases) {
            //得到锁的新状态值
            int c = getState() - releases;
            //如果当前线程不是持有锁的线程，直接抛出IllegalMonitorStateException异常
            if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            //释放锁是否成功的标志位
            boolean free = false;
            //如果新的锁状态值为0
            if (c == 0) {
                //将释放锁是否成功的标志位设置为成功
                free = true;
                //将占有独占锁的线程，即属性exclusiveOwnerThread置为空
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            //设置锁的状态 
            setState(c);
            //返回释放锁成功
            return free;
        }
  
  //判断当前线程是否是持有锁的线程，如果是返回true，否则返回false          protected final boolean isHeldExclusively() {
            //返回当前线程是否是持有锁的线程
            return getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
        }
        
        //创建条件变量实例ConditionObject 
        final ConditionObject newCondition() {
            //返回新建的ConditionObject实例
            return new ConditionObject();
        }
            
        //获取占有锁的线程
        final Thread getOwner() {
            //如果当前处于无锁状态，返回null，否则返回占有锁的线程
            return getState() == 0 ? null : getExclusiveOwnerThread();
        }
        
        //得到锁的被获取数，也是锁的状态，只能在持有锁的线程操作才能获取到锁的状态，即锁的被获取数，否则直接返回0 
        final int getHoldCount() {
            return isHeldExclusively() ? getState() : 0;
        }
        
        //判断锁是否有被线程占有，即锁的状态是否是处于加锁的状态 
        final boolean isLocked() {
            //锁的状态不等于0，表明锁被线程占有，锁状态处于加锁状态
            return getState() != 0;
        }
        
        //从工作流中得到锁的对象，此方法目前没有使用到 
        private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
            throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
            s.defaultReadObject();
            //重新设置锁的状态
            setState(0); // reset to unlocked state
        }
}
复制代码

NonfairSync内部类

//Sync的实现类，非公平的获取锁
static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
        
        //Sync的抽象lock方法的重写，非公平的获取锁，在Reentrantlock的lock方法使用到
        final void lock() {
            //使用CAS将锁的状态从0更新成1，即加锁操作 
            if (compareAndSetState(0, 1))
                //如果加锁成功，将当前线程设置为占有锁的线程，即设置属性exclusiveOwnerThread为当前线程
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                //NonfairSync从AQS中继承下来的方法，下面在讲锁的获取时会进行详细的介绍
                acquire(1);
        }
        
        //NonfairSync重写了AbstractQueuedSynchronizer的tryAcquire模板方法，否则AQS中的tryAcquire方法会直接抛出UnsupportedOperationException异常
        //tryAcquire方法在acquire中使用到，非公平的获取锁都是基于此方法
        //@param acquires 要获取的锁数
        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            //nonfairTryAcquire方法，在上面Sync内部中有进行介绍，非公平的获取锁，无需判断同步队列中前面是否有节点也在获取锁
            return nonfairTryAcquire(acquires);
        }
}复制代码

FairSync内部类

//Sync的实现类，公平的获取锁
static final class FairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;
         
        //Sync的抽象lock方法的重写，公平的获取锁，在Reentrantlock的lock方法使用到
        //FairSync的lock方法和NonfairSync的lock方法的区别是，NonfairSync的lock方法会尝试先获取锁，如果锁获取不到才会调用acquire方法，acquire内部也会尝试再获取锁，如果获取不到加入到同步队列中循环获取锁 
        final void lock() {
            //FairSync 从AQS中继承下来的方法，下面在讲锁的获取时会进行详细的介绍
            acquire(1);
        }
        
        //NonfairSync重写了AbstractQueuedSynchronizer的tryAcquire模板方法，否则AQS中的tryAcquire方法会直接抛出UnsupportedOperationException异常
        //tryAcquire方法在acquire中使用到，公平的获取都是基于此方法
        //tryAcquire方法和NonfairSync的tryAcquire方法不同的是需要调用hasQueuedPredecessors方法，判断头节点的下一个节点的线程是否是当前线程，如果不是表明前面有等待获取锁的线程
        //@param acquires 要获取的锁数
        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            //获取当前要加锁的线程 
            final Thread current = Thread.currentThread();
            //获取锁的状态，即AQS的属性state值 
            int c = getState();
            //如果锁的状态等于0，表示处于无锁状态
            if (c == 0) {
                //调用从AQS继承下来的hasQueuedPredecessors方法判断同步队列是否有获取锁的节点的线程，如果是就不执行直接获取锁
                if (!hasQueuedPredecessors() &&
                    //如果AQS同步队列中没有等待要获取锁的节点的线程，使用CAS更新锁的状态 
                    compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    //返回公平的获取锁成功
                    return true;
                }
            }
            //如果当前线程是占有锁的线程 
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                //锁的原有状态加上传入进来要获取的锁数得到新的锁状态值
                int nextc = c + acquires;
                //如果计算出的状态值是负数，直接抛出Error错误
                if (nextc < 0)
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                //设置锁的状态值为新的状态值nextc
                setState(nextc);
                //返回公平的获取锁成功
                return true;
            }
            //返回公平的获取锁失败
            return false;
        }
}复制代码

六、独占锁

独占锁获取

非公平获取锁

//Reentrantlock的lock方法，直到获取写锁成功，不支持中断
public void lock() {
    //sync的抽象lock方法，由Sync的两个子类FairSync和NonfairSync对lock进行重写，由于是非公平的获取锁，为此调用的是下面介绍的NonfairSync的重写的lock方法 
    sync.lock();
}

//NonfairSync重写Sync的lock方法
final void lock() {
    //由于是非公平的获取锁，为此先使用CAS将锁的状态从0变成1，即加锁操作
    if (compareAndSetState(0, 1))
        //如果使用cas加锁成功，将当前线程设置wei
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
    else
        acquire(1);
}

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

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    return nonfairTryAcquire(acquires);
}

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) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
}

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true;
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return interrupted;
                }
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
}

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
        int ws = pred.waitStatus;
        if (ws == Node.SIGNAL)
            return true;
        if (ws > 0) {
            do {
                node.prev = pred = pred.prev;
            } while (pred.waitStatus > 0);
            pred.next = node;
        } else {
            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
        }
        return false;
}

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        LockSupport.park(this);
        return Thread.interrupted();
}

private void cancelAcquire(Node node) {
        if (node == null)
            return;

        node.thread = null;

        Node pred = node.prev;
        while (pred.waitStatus > 0)
            node.prev = pred = pred.prev;

        Node predNext = pred.next;

        node.waitStatus = Node.CANCELLED;

        if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
            compareAndSetNext(pred, predNext, null);
        } else {
            int ws;
            if (pred != head &&
                ((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL ||
                 (ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&
                pred.thread != null) {
                Node next = node.next;
                if (next != null && next.waitStatus <= 0)
                    compareAndSetNext(pred, predNext, next);
            } else {
                unparkSuccessor(node);
            }

            node.next = node; // help GC
        }
}

private void unparkSuccessor(Node node) {
        
        int ws = node.waitStatus;
        if (ws < 0)
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

        Node s = node.next;
        if (s == null || s.waitStatus > 0) {
            s = null;
            for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
                if (t.waitStatus <= 0)
                    s = t;
        }
        if (s != null)
            LockSupport.unpark(s.thread);
}
复制代码

公平获取锁

public void lock() {
    sync.lock();
}

final void lock() {
    acquire(1);
}

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

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 boolean hasQueuedPredecessors() {
        Node t = tail; 
        Node h = head;
        Node s;
        return h != t &&
            ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}
复制代码

独占锁释放

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;
}复制代码

以上所述就是小编给大家介绍的《ReentrantLock源码分析》，希望对大家有所帮助，如果大家有任何疑问请给我留言，小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对码农网的支持！

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