ReentrantLock和Synchronized都是Java开发中最常用的锁,与Synchronized这种JVM内置锁不同的是,ReentrantLock提供了更丰富的语义。可以创建公平锁或非公平锁、响应中断、超时等待、按条件唤醒等。在某些场景下,使用ReentrantLock更适合,功能更强大。
前两篇文章,我们分析了AQS的加锁流程、以及源码实现。当时我们就说了,AQS使用了模板设计模式,父类中定义加锁流程,子类去实现具体的加锁逻辑。所以大部分加锁代码已经在父类AQS中实现了,导致ReentrantLock的源码非常简单,一块学习一下。
先看一下ReentrantLock怎么使用?
1. ReentrantLock的使用
/** * @author 一灯架构 * @apiNote ReentrantLock示例 **/ public class ReentrantLockDemo { public static void main(String[] args) { // 1. 创建ReentrantLock对象 ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); // 2. 加锁 lock.lock(); try { // 3. 这里执行具体的业务逻辑 } finally { // 4. 释放锁 lock.unlock(); } } }
可以看到ReentrantLock的使用非常简单,调用lock加锁,unlock释放锁,需要配置try/finally使用,保证在代码执行出错的时候也能释放锁。
ReentrantLock也可以配合Condition条件使用,具体可以翻一下前几篇文章中BlockingQueue的源码解析,那里面有ReentrantLock的实际使用。
再看一下ReentrantLock的类结构
2. ReentrantLock类结构
// 实现Lock接口 public class ReentrantLock implements Lock { // 只有一个Sync同步变量 private final Sync sync; // Sync继承自AQS,主要逻辑都在这里面 abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { } // Sync的两个子类,分别实现了公平锁和非公平锁 static final class FairSync extends Sync { } static final class NonfairSync extends Sync { } }
可以看出ReentrantLock的类结构非常简单,实现了Lock接口。
类里面有两个静态内部类,分别实现公平锁和非公平锁。
看一下Lock接口中,定义了哪些方法?
public interface Lock { // 加锁 void lock(); // 加可中断的锁 void lockInterruptibly() throws InterruptedException; // 尝试加锁 boolean tryLock(); // 一段时间内,尝试加锁 boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException; // 释放锁 void unlock(); // 新建条件状态 Condition newCondition(); }
就是一些使用锁的常用方法。
在上篇文章中浏览AQS源码的时候,了解到AQS定义了一些有关具体加锁、释放锁的抽象方法,留给子类去实现,再看一下有哪些抽象方法:
// 加独占锁 protected boolean tryAcquire(int arg) { throw new UnsupportedOperationException(); } // 释放独占锁 protected boolean tryRelease(int arg) { throw new UnsupportedOperationException(); } // 加共享锁 protected int tryAcquireShared(int arg) { throw new UnsupportedOperationException(); } // 释放共享锁 protected boolean tryReleaseShared(int arg) { throw new UnsupportedOperationException(); } // 判断是否是当前线程正在持有锁 protected boolean isHeldExclusively() { throw new UnsupportedOperationException(); }
由于ReentrantLock使用的是独占锁,所以只需要实现独占锁相关的方法就可以了。
3. ReentrantLock源码解析
3.1 ReentrantLock构造方法
// 默认的构造方法,使用非公平锁 public ReentrantLock() { sync = new NonfairSync(); } // 传true,可以指定使用公平锁 public ReentrantLock(boolean fair) { sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync(); }
在创建ReentrantLock对象的时候,可以指定使用公平锁还是非公平锁,默认使用非公平锁,显然非公平锁的性能更好。
先思考一个面试常考问题,公平锁和非公平锁是怎么实现的?
3.2 非公平锁源码
先看一下加锁源码:
从父类ReentrantLock的加锁方法入口:
public class ReentrantLock implements Lock { // 加锁入口方法 public void lock() { // 调用Sync中加锁方法 sync.lock(); } }
在子类NonfairSync的加锁方法:
// 非公平锁 static final class NonfairSync extends Sync { // 加锁 final void lock() { // 1. 先尝试加锁(使用CAS设置state=1) if (compareAndSetState(0, 1)) // 2. 加锁成功,就把当前线程设置为持有锁线程 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); else // 3. 没加锁成功,再调用父类AQS中实际的加锁逻辑 acquire(1); } }
加锁逻辑也很简单,先尝试使用CAS加锁(也就是把state从0设置成1),加锁成功,就把当前线程设置为持有锁线程。
设计者很聪明,在锁竞争不激烈的情况下,很大概率可以加锁成功,也就不用走else中复杂的加锁逻辑了。
如果没有加锁成功,还是需要走else中调用父类AQS的acquire方法,而acquire又需要调用子类的tryAcquire方法。
调用链路就是下面这样:
根据调用链路,实际的加锁逻辑在Sync.nonfairTryAcquire方法里面。
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { // 非公平锁的最终加锁方法 final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); // 1. 获取同步状态 int c = getState(); // 2. state=0表示无锁,先尝试加锁(使用CAS设置state=1) if (c == 0) { if (compareAndSetState(0, acquires)) { // 3. 加锁成功,就把当前线程设置为持有锁线程 setExclusiveOwnerThread(current); return true; } // 4. 如果当前线程已经持有锁,执行可重入的逻辑 } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { // 5. 加锁次数+acquires int nextc = c + acquires; // 6. 超过tnt类型最大值,溢出了 if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false; } }
再看一下释放锁的调用流程,公平锁和非公平锁流程是一样的,最终都是执行Sync.tryRelease方法:
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { // 释放锁 protected final boolean tryRelease(int releases) { // 1. 同步状态减去释放锁次数 int c = getState() - releases; // 2. 校验当前线程不持有锁,就报错 if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) throw new IllegalMonitorStateException(); boolean free = false; // 3. 判断同步状态是否等于0,无锁后,就删除持有锁的线程 if (c == 0) { free = true; setExclusiveOwnerThread(null); } setState(c); return free; } }
再看一下公平锁的源码
3.3 公平锁源码
先看一下公平锁的加锁流程:
最终的加锁方法是FairSync.tryAcquire,看一下具体逻辑:
static final class FairSync extends Sync { // 实现父类的加锁逻辑 protected final boolean tryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); // 1. 获取同步状态 int c = getState(); // 2. state=0表示无锁,先尝试加锁(使用CAS设置state=1) if (c == 0) { // 3. 判断当前线程是不是头节点的下一个节点(讲究先来后到) if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } // 4. 如果当前线程已经持有锁,执行可重入的逻辑 } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { // 5. 加锁次数+acquires int nextc = c + acquires; // 6. 超过tnt类型最大值,溢出了 if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false; } // 判断当前线程是不是头节点的下一个节点(讲究先来后到) public final boolean hasQueuedPredecessors() { Node t = tail; Node h = head; Node s; return h != t && ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread()); } }
公平锁的释放锁逻辑跟非公平锁一样,上面已经讲过。
4. 总结
看完了ReentrantLock的所有源码,是不是觉得ReentrantLock很简单。
由于加锁流程的编排工作已经在父类AQS中实现,子类只需要实现具体的加锁逻辑即可。
加锁逻辑也很简单,也就是修改同步状态state的值和持有锁的线程exclusiveOwnerThread。
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