Java多线程（9）ReentrantLock原理

上篇:Java多线程（8）线程池

ReentrantLock原理

继承关系

• ReentrantLock 在内部用了内部类 Sync 来管理锁，所以真正的获取锁和释放锁是由 Sync 的实现类来控制的。
• Sync 有两个实现，分别为 NonfairSync（非公平锁）和 FairSync（公平锁）。
• 默认是非公平锁

public ReentrantLock() {
	sync = new NonfairSync();
}

一. 加锁流程

假设有两个线程,Thread-0和Thread-1,竞争同一个对象锁

当Thread-0调用lock方法时:

sync.lock()的实现:

当Thread-0进来时(此时没有竞争):

加锁过程

使用cas原子操作尝试将对象锁的状态(state) 从 0 改变成 1

如果改变成功,则直接将对象的OwnerThread设置为Thread-0

当第Thread-1调用lock方法尝试获取锁(即出现竞争关系)

Thread-1尝试将对象锁的状态从0改变成1

但,此时锁的状态已经为1 所以这次cas操作会失败,然后他会走else下面的acquire方法

acquire方法源码:

这个时候Thread-1会再次去尝试获取这个锁:

这个时候有两种情况

1. 尝试获取锁的期间,如果Thread-0线程放开了锁,那么他会立刻得到这把锁(原理也是将锁的状态改为1,OwnerThread设置为Thread-1)
2. 尝试获取锁的期间,还是加锁失败了,那么他会执行addWaiter方法
   

进入addWaiter，Thread-1会构造一个Node(结构为双向链表)队列

• Node的创建是懒惰的
• 第一个Node成为Dummy(哑元)或哨兵，用来占位不关联线程

接下来Thread-1会执行acquire方法

进入shouldParkAfterFailedAcquire，发现前驱节点head的waitStatus不是SIGNAL，compareAndSetWaitStatus将head的waitStatus设置为-1

SIGNAL定义为-1

设置完成之后,回到 acquireQueued方法,for无限循环最后Thread-1还是再次进入shouldParkAfterFailedAcquire

Thread-1再次进入 shouldParkAfterFailedAcquire 时，这时因为其前驱 node 的 waitStatus 已经是 -1，这次返回true

返回true以后,进入 parkAndCheckInterrupt

Thread-1 park(灰色表示)

若是多个线程经历上述失败过程：

二. 释放锁 unlock

进入tryRelease,若成功：

• 设置 exclusiveOwnerThread 为 null
• state = 0
  
  

三. 释放成功竞争锁

进入 unparkSuccessor 流程
找到队列中离 head 最近的一个 Node（没取消的），unpark 恢复其运行，本例中的最近node是Thread-1

那么 Thread-1 回到 acquireQueued方法

如果这个尝试加锁成功(没有线程竞争或者为公平锁的情况下)那么:

• exclusiveOwnerThread 为 Thread-1，state = 1
• head 指向刚刚 Thread-1 所在的 Node，该 Node 清空 Thread
• 原本的 head 因为从链表断开，而可被垃圾回收

如果这时候有其它线程来竞争（非公平的体现），例如这时有 Thread-4 来了

如果不巧又被 Thread-4 占了先

• Thread-4 被设置为 exclusiveOwnerThread，state = 1
• Thread-1 再次进入 acquireQueued 流程，获取锁失败，重新进入 park 阻塞

四. 锁重入

当对象有锁的的时候,他会进入这个判断,如果当前线程等于加锁的线程那么他的state 就会++

解锁时:
每一次释放会让state -1只有等 state==0的时候才能释放锁

五. 公平锁

// 与非公平锁主要区别在于 tryAcquire 方法的实现
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
	final Thread current = Thread.currentThread();
	int c = getState();
	if (c == 0) {
		// 先检查 AQS 队列中是否有前驱节点, 没有才去竞争
		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;
}