源码解析：ReenTrantLock（重入锁）/公平性锁/非公平性锁/AQS是怎样实现的？

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2021-09-28 14:16 282阅读 0赞

# 一 、ReenTrantLock（重入锁） #

1.  **继承关系**  
    ReenTrantLock实现Lock和序列化接口  
    ![在这里插入图片描述][20190611110736990.png]  
    **Lock接口提供的方法有：**  
    void lock();//加锁操作  
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;//可中断加锁  
    boolean tryLock();//尝试性的进行加锁  
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;//在有限时间内进行尝试性加锁  
    void unlock();//释放锁  
    Condition newCondition(); //通信类  
    ![在这里插入图片描述][20190611111509182.png]  
    **三个内部类：Sync、NonfairSync、FairSync**  
    ![在这里插入图片描述][20190611110840140.png]  
    1） 抽象类**Sync**继承了 AbstractQueuedSynchronizer（AQS）类  
    ![在这里插入图片描述][20190611111005479.png]  
    2） **NonfairSync**继承 Sync抽象类  
    ![在这里插入图片描述][20190611111036189.png]  
    3） **FairSync**继承 Sync抽象类  
    ![在这里插入图片描述][20190611111120266.png]
2.  **构造函数**

ReentrantLock() {     //无参构造，创建一个 ReentrantLock 的实例。默认非公平性锁
         sync = new NonfairSync();
     	}
        
    ReentrantLock(boolean fair){   //创建一个具有给定公平策略的 ReentrantLock，默认false采用非公平性锁
      sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
       }

1.  **基本属性**

private final Sync sync;  //抽象sync类型的sync

1.  **常用方法**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法</th> 
   <th>作用</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>int getHoldCount()</td> 
   <td>查询当前线程获取此锁的次数。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>isHeldByCurrentThread()</td> 
   <td>查询当前线程是否获取此锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>final Thread getOwner()</td> 
   <td>返回目前获取此锁的线程，</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>boolean hasQueuedThreads()</td> 
   <td>查询是否有线程正在等待获取锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>boolean hasQueuedThread()</td> 
   <td>判断传进来的线程是否处于阻塞队列中</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>boolean hasWaiters(Condition condition)</td> 
   <td>判断当前condition的实例是否处于wait状态</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void lockInterruptibly()</td> 
   <td>如果当前线程未被中断，则获取锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>boolean tryLock()</td> 
   <td>仅在调用时锁未被另一个线程保持的情况下，才获取该锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>void unlock()</td> 
   <td>试图释放锁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Condition newCondition()</td> 
   <td>返回用来与此 Lock 实例一起使用的 Condition 实例。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

1.  **重入锁的实现**  
    ReentrantLock锁的实现中使用到AQS（AbstractQueuedSynchronizer）类：  
    线程获取锁会修改state值，当前线程每获取一次锁会对state做+1操作，未获取锁则放入AQS提供的队列中，线程释放锁会对state-1，当state=0时才真正释放锁
2.  **三大主要的内部类**  
    ==①Sync：继承AbstractQueuedSynchronizer ==

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { 
            abstract void lock();
      final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { 
    			 //获取当前线程
                final Thread current = Thread.currentThread();
    			//获取当前锁的状态：0空闲，>0占用，<0溢出
                int c = getState();
                if (c == 0) { //空闲
    				//CAS获取锁，获取成功则将state置为1，并且将当前线程记录下来，直接返回
                    if (compareAndSetState(0, acquires)) { 
                        setExclusiveOwnerThread(current);//记录当前线程
                        return true;
                    }
                }
                else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {   //锁不是空闲，且是当前线程获取的锁
                    int nextc = c + acquires;  
                    if (nextc < 0)  //溢出
                      throw new Error("Maximum lock count exceeded"); //获取锁次数到达上限直接抛出异常
                    setState(nextc); //若没到达上限，则直接更新state，直接返回
                    return true;
                }
                return false; //若当前获取锁的线程不是当前的线程，返回false
            }
    
    //释放锁操作
    protected final boolean tryRelease(int releases) { 
                int c = getState() - releases;
    			//如果当前获取锁的线程不是当前的线程，抛出异常
                if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                    throw new IllegalMonitorStateException();
                boolean free = false;
    			//当state减为1的时候才真正释放锁，将持有锁的线程置为null
                if (c == 0) { 
                    free = true;
                    setExclusiveOwnerThread(null);//把当前获取锁的线程置为null
                }
                setState(c);
                return free;
            }		
    //序列化需要重写的方法！
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
                throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { 
                s.defaultReadObject();
                setState(0); 
            }
        }

②NonfairSync（非公平性锁）：继承 Sync抽象类  
**两次抢锁**：  
1.第一次通过CAS强制抢锁，  
2.强制抢锁失败则第二次尝试性抢锁，  
a.首先判断当前锁是否空闲（state=0），是则直接通过CAS获取锁，获取成功则修改state且将当前线程写入AQS中。  
b.在锁占用的情况下，占用锁的线程为当前线程则直接修改state，成功返回。  
c.以上都不满足，失败返回

static final class NonfairSync extends Sync { 
            private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
    
            final void lock() { 
            //先通过CAS强制获取锁
                if (compareAndSetState(0, 1))
                    setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                else  //获取失败，尝试抢锁
                    acquire(1);  //调用AQS的acquire方法
            }
            protected final boolean tryAcquire(int acquires) { 
                return nonfairTryAcquire(acquires);
            }
        }

//AQS的 acquire（）方法
      public final void acquire(int arg) { 
    		//如果tryAcquire为false直接放入队列中
            if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
                selfInterrupt();
        }

③fairSync（公平性锁）：继承Sync抽象类  
**一次抢锁**：  
1.尝试性获取锁，  
如果锁空闲，判断当前线程是否满足条件（判断AQS队列为空或者当前线程是否处于队列的队头）,  
修改state，将当前线程记录到AQS中，成功返回）  
如果锁被占用，并且是当前线程占有锁，修改state，成功返回  
如果都不满足，则失败返回  
2.如果未获取到锁，则将线程加入AQS中的队列

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) { 
                //!hasQueuedPredecessors()：当前队列为空并且当前线程为队列中处于头结点的线程
                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;
            }
        }

//AQS的 hasQueuedPredecessors（）方法
     public final boolean hasQueuedPredecessors() { 
            Node t = tail;
            Node h = head;
            Node s;
    		//返回 队列不为空 && （队列中只有一个节点 || 当前线程不等于头结点存储的线程）
            return h != t &&((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
             }

1.  **AbstractQueuedSynchronizer类**  
    这个类基于FIFO队列，没有获取到锁的线程放入队列中，可以用于构建锁或者其他相关同步装置的基础框架。该同步器（以下简称同步器）利用了一个int类型的state来表示状态：  
    state=0表示锁是空闲状态  
    state>0表示锁被占用  
    state<0表示溢出
    
    FIFO队列中的元素Node就是保存着线程引用和线程状态的容器，  
    每个线程对同步器的访问，都可以看做是队列中的一个节点Node。
    
    **Node**的主要包含以下成员变量：  
    Node \{  
    int waitStatus;//节点的状态  
    Node prev;//前驱节点  
    Node next;//后继节点  
    Node nextWaiter;//存储condition队列中的后继节点  
    Thread thread;//入队列时的当前线程  
    \}

//节点的状态：
    static final class Node { 
            static final Node SHARED = new Node();
            
            static final Node EXCLUSIVE = null;
    
            static final int CANCELLED =  1; 
             //CANCELLED，值为1，表示当前的线程被取消；
    
            static final int SIGNAL    = -1; 
             //SIGNAL，值为-1，表示当前节点的后继节点包含的线程需要运行，也就是unpark；
    
            static final int CONDITION = -2; 
             //CONDITION，值为-2，表示当前节点在等待condition，也就是在condition队列中
       
            static final int PROPAGATE = -3;  
            //PROPAGATE，值为-3，表示当前场景下后续的acquireShared能够得以执行；值为0，表示当前节点在sync队列中，等待着获取锁。

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[20190611111005479.png]: /images/20210923/46b517ca464f4b91b32fab4d67ab9129.png
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