java并发之重入锁-ReentrantLock

系统管理员 2022-03-30 13:35 294阅读 0赞

## 前言 ##

目前主流的锁有两种，一种是**synchronized**，另一种就是**ReentrantLock**，JDK优化到现在目前为止**synchronized**的性能已经和重入锁不分伯仲了，但是重入锁的功能和灵活性要比这个关键字多的多，所以重入锁是可以完全替代**synchronized**关键字的。下面就来介绍这个重入锁。

## 正文 ##

ReentrantLock重入锁是Lock接口里最重要的实现，也是在实际开发中应用最多的一个，我这篇文章更接近实际开发的应用场景，为开发者提供直接上手应用。所以不是所有方法我都讲解，有些冷门的方法我不会介绍或一句带过。

##         一、首先先看声明一个重入锁需要使用到那几个构造方法 ##

public ReentrantLock() {
            sync = new NonfairSync();
        }
     
    public ReentrantLock(boolean fair) {
            sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
        }

** 推荐声明方式**

private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
    private static ReentrantLock locka = new ReentrantLock();

##    重点说明： ##

ReentrantLock提供了两个构造方法，对应两种声明方式。

第一种声明的是公平锁，所谓公平锁，就是按照时间先后顺序，使先等待的线程先得到锁，而且，公平锁不会产生饥饿锁，也就是只要排队等待，最终能等待到获取锁的机会。

第二种声明的是非公平锁，所谓非公平锁就和公平锁概念相反，线程等待的顺序并不一定是执行的顺序，也就是后来进来的线程可能先被执行。

**ReentrantLock默认是非公平锁**，因为：公平锁实现了先进先出的公平性，但是由于来一个线程就加入队列中，往往都需要阻塞，再由阻塞变为运行，这种上下文切换是非常好性能的。非公平锁由于允许插队所以，上下文切换少的多，性能比较好，保证的大的吞吐量，但是容易出现饥饿问题。所以实际生产也是较多的使用非公平锁。

非公平锁调用的是NonfairSync方法。

二、加入锁之后lock方法到底是怎么处理的（只讲非公平锁）  
刚才我们说如果是非公平锁就调用NonfairSync方法，那我们就来看看这个方法都做来什么。

static final class NonfairSync extends Sync {
            private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
     
            /**
             * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
             * acquire on failure.
             */
            final void lock() {
                if (compareAndSetState(0, 1))
                    setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                else
                    acquire(1);
            }
     
            protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
                return nonfairTryAcquire(acquires);
            }
        }

##    重点说明： ##

**读前先知：ReentrantLock用state表示“持有锁的线程已经重复获取该锁的次数”。当state（下文用状态二子代替）等于0时，表示当前没有线程持有锁）。**

**第一步**调用compareAndSetState方法，传了第一参数是期望值0，第二个参数是实际值1，当前这个方法实际是调用了unsafe.compareAndSwapInt实现CAS操作的，也就是上锁之前状态必须是0，如果是0调用setExclusiveOwnerThread方法

private transient Thread exclusiveOwnerThread;
     
        
        protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
            exclusiveOwnerThread = thread;
        }

，可以看出setExclusiveOwnerThread就是线程设置为当前线程，此时说明有一名线程已经拿到了锁。大家都是CAS有三个值，如果旧值等于预期值，就把新值赋予上，所以当前线程得到了锁就会把状态置为1。

**第二步**是compareAndSetState方法返回false时，此时调用的是acquire方法，参数传1

tryAcquire（）方法实际是调用了nonfairTryAcquire（）方法。

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

注释上说的很明白，**请求独占锁，忽略所有中断，至少执行一次tryAcquire，如果成功就返回，否则线程进入阻塞--唤醒两种状态切换中，直到tryAcquire成功。**[详情见链接tryAcquire()、addWaiter()、acquireQueued()挨个分析。][tryAcquire_addWaiter_acquireQueued]

> 好，到日前为止大家清楚了lock（）方法到调用过程，清楚了，为什么只有得到锁的当前线程才可以执行，没有得到的会在队列里不停的利用CAS原理试图得到锁，CAS很高效，也就是，为什么ReentrantLock比synchronized高效的原因，缺点是很浪费cpu资源。

##        三、所有线程都执行完毕后调用unlock（）方法 ##

unlock()方法是通过AQS的release(int)方法实现的，我们可以看一下：

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;
        }

tryRelease()是由子类实现的，我们来看一下ReentrantLock中的Sync对它的实现：

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;
            }

先通过getState获得状态标识，如果这个标识和要释放的数量相等，就会把当前占有锁的线程设置为null，实现锁的释放，然后返回true，否则把状态标识减去releases再返回false。

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[tryAcquire_addWaiter_acquireQueued]: https://blog.csdn.net/weixin_38003389/article/details/85935982
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