ReentrantLock的功能详解与理解

创始人

2024-04-06 10:13:50

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ReentrantLock

AQS
ReentrantLockd概述
加锁流程
可重入原理
可打断原理
公平锁原理
条件变量实现原理

AQS

全称是AbstractQueuedSynchronizer，是阻塞锁和相关的同步器工具的框架

特点
1、用state属性来表示资源的状态(分为独享状态与共享模式)
getState - 获取state状态
setState - 设置state状态
compareAndSetState - 乐观锁机制设置state状态
独占模式是只有一个线程能够访问资源，而共享模式允许多个线程访问资源
2、提供了FIFO的等待队列，类似于Monitor的EntryList
3、条件变量来实现等待、唤醒机制，支持多个条件变量，类似Monitor的WaitSet

子类主要实现这些方法

tryAcquire 获取锁
tryRelease 释放锁
tryAcquireShared
tryReleaseShared
isHeldExclusively

ReentrantLockd概述

相比synchronized具备如下特点
1、可中断
2、可以设置超时时间
3、可以设置为公平锁
4、支持多个条件变量
与synchronized一样都支持可重入

可重入

可重入是指同一个线程如果首次获得了这把锁，那么因为它是这把锁的拥有者，因此有权利再次获取这把锁。
如果是不可重入锁，那么第二次获取锁的时候，自己也会被锁挡住

public class Test1 {public static void main(String[] args) {ReentrantLock lock = new ReentrantLock();lock.lock();try {System.out.println("lock1~");lock.lock();try {System.out.println("lock2~");}finally {lock.unlock();}}finally {lock.unlock();}}
}

在这里插入图片描述

可打断

在获取锁的时候可被打断避免一直阻塞等待获取锁

public class Test1 {public static void main(String[] args) {ReentrantLock lock = new ReentrantLock();Thread t1 = new Thread(() -> {try {lock.lockInterruptibly();System.out.println("lock1获取到了锁");} catch (InterruptedException e) {System.out.println("lock1中被打断了");}});lock.lock(); // 主线程获取到锁t1.start(); // t1线程启动//打断t1.interrupt();}
}

在这里插入图片描述

可超时

与可打断类似，只是打断是被动，超时是主动，超时了就自动不获取锁了

public class Test1 {public static void main(String[] args) {ReentrantLock lock = new ReentrantLock();Thread t1 = new Thread(() -> {try {boolean flag = lock.tryLock(5, TimeUnit.SECONDS);if (flag){System.out.println("lock1获取到了锁");}else {System.out.println("lock1没有获取到锁");}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});lock.lock(); // 主线程获取到锁t1.start(); // t1线程启动}
}

在这里插入图片描述

可设置公平锁

不容易代码实现
使用公平锁是为了解决饥饿但是会降低并发度

可设置多个条件变量

ReentrantLockd相比synchronized，ReentrantLockd可支持多个条件变量，这好比synchronized是那些不满足条件的线程都在一间休息室里面等，而ReentrantLockd支持多间休息室

await前需要获得锁
await执行后，会释放锁，进入condition等待
await的线程被唤醒去重新竞争锁
竞争锁成功后执行await后的

在这里插入图片描述

state 就是加锁状态
head 就是等待队列的头
tail 就是等待队列的尾
owner 就是当前是那个线程，全名为ExclusiveOwnerThread我这里简写的

加锁流程

最开始没有线程竞争，加锁成功

final void lock() {if (compareAndSetState(0, 1))// 加锁成功setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());else// 加锁失败acquire(1);
}

在这里插入图片描述

第二个线程来竞争 CAS失败，进入acquire(1)

    public final void acquire(int arg) {// 尝试获取锁失败，所以!tryAcquire(arg)为true//acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) 创建一个节点对象然后放入等待队列中if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();}

进入acquireQueued方法

    final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {boolean failed = true;try {boolean interrupted = false;for (;;) {final Node p = node.predecessor();// 如果是第二个节点再尝试一次if (p == head && tryAcquire(arg)) {setHead(node);p.next = null; // help GCfailed = false;return interrupted;}//前驱节点waitStatus改为-1代表有责任唤醒下一个节点if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt())interrupted = true;}} finally {if (failed)cancelAcquire(node);}}

蓝色三角形为Node是waitStatus状态，其中0为默认状态
Node的创建是懒惰的
其中第一个Node为哨兵或者哑元用来占位并不关联线程

在这里插入图片描述

然后当前线程Thread-1 阻塞住

在这里插入图片描述
假如有多个线程经历上述过程

在这里插入图片描述
Thread-0 释放锁

        protected final boolean tryRelease(int releases) {int c = getState() - releases; // 这就是可重入的原因，当前线程如果是获取锁的线程state++if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())throw new IllegalMonitorStateException();boolean free = false;if (c == 0) {free = true;setExclusiveOwnerThread(null);}setState(c);return free;}

在这里插入图片描述
当前队列不为空唤醒下一个

    public final boolean release(int arg) {if (tryRelease(arg)) {Node h = head;if (h != null && h.waitStatus != 0)// 唤醒下一个节点unparkSuccessor(h);return true;}return false;}

唤醒Thread-1

在这里插入图片描述
因为我们这是非公平锁，如果Thread-1在获取的时候Thread-4来获取，Thread-4抢夺成功

在这里插入图片描述

可重入原理

加锁

        final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {final Thread current = Thread.currentThread();int c = getState();if (c == 0) {  // 首次获得锁if (compareAndSetState(0, acquires)) {setExclusiveOwnerThread(current);return true;}}else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { // 判断是否当前是当前线程是否是owner线程int nextc = c + acquires;if (nextc < 0) // overflowthrow new Error("Maximum lock count exceeded");setState(nextc);return true;}return false;}

释放锁

        protected final boolean tryRelease(int releases) {int c = getState() - releases; // 释放锁state减少if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())throw new IllegalMonitorStateException();boolean free = false;if (c == 0) {free = true;setExclusiveOwnerThread(null);}setState(c);return free;}

可打断原理

抛出异常

    public final void acquireInterruptibly(int arg)throws InterruptedException {if (Thread.interrupted())throw new InterruptedException();if (!tryAcquire(arg))doAcquireInterruptibly(arg);}

  private void doAcquireInterruptibly(int arg)throws InterruptedException {final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);boolean failed = true;try {for (;;) {final Node p = node.predecessor();if (p == head && tryAcquire(arg)) {setHead(node);p.next = null; // help GCfailed = false;return;}if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt())// 抛出异常throw new InterruptedException();}} finally {if (failed)cancelAcquire(node);}}

公平锁原理

        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {final Thread current = Thread.currentThread();int c = getState();if (c == 0) {// hasQueuedPredecessors() 判断队列中是否有其它线程等待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;}}