ReentrantLock获取锁、释放锁的流程分析

清疚 2023-09-23 16:22 100阅读 0赞

# 目的 #

1.  了解ReentrantLock获取锁、释放锁的流程

# 代码 #

package com.company.aqs;
    
    import java.util.concurrent.locks.Lock;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    /**
     * ReentrantLock使用案例——使用ReentrantLock加锁
     * @Author: Alan
     * @Date: 2022/11/20 01:38
     */
    public class ReentrantLockDemo {
        private static int sum=0;
        private static Lock lock=new ReentrantLock();
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                new Thread(()->{
                    // 获取锁
                    lock.lock();
                    try {
                        for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                            sum++;
                        }
                    }finally {
                        // 在finally代码块中释放锁
                        lock.unlock();
                    }
                }).start();
            }
    
            // 保证所有线程执行完毕
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(sum);
        }
    }
    复制代码

这是一个使用ReentrantLock实现多线程求和的案例。代码逻辑比较简单，外层循环开启了3个线程，然后每个线程内多sum累加1000，最后输出结果sum=1000。

# 获取锁流程 #

整个过程概括起来就做了两件事儿

1.  获取锁成功，执行当前线程内的其他事情；
2.  获取锁失败，当前线程加入同步队列，同时阻塞当前线程。

当第一个线程（thead0）进来的时候，通过CAS去修改state属性为1，如果成功，通过setExclusiveOwnerThread()方法设置exclusiveOwnerThread为当前线程

![format_png][]

此时，第二个线程（thead1）进来，再去通过CAS修改state属性为1时，便会失败，此时进入acquire()方法。最终会走到如下方法，首先通过tryAcquire()方法再次尝试去获取锁。

![format_png 1][]

tryAcquire()方法内部还是会通过CAS去获取锁。此时锁资源还被第二线程持有，因此会返回false。现在接着看acquire()方法中的if判断。

![format_png 2][]

此时，会进行acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))判断。这里需要执行两个方法addWaiter()和acquireQueued()。首先看addWaiter()方法。这个方法，我们需要关注以下四点。

![format_png 3][]

1.  首先会先构造一个node节点（节点内部细节，可以看其构造方法）。
2.  如果tail（同步队列尾节点指针）不为空，其实也就是同步队列不为空，那么就把第1步构建的节点通过尾插法加入队列中，然后返回
3.  如果同步队列为空了，那么执行enq()方法，这个方法为我们做了两件事儿。
    
    ![format_png 4][]
    
     *  如果同步队列为空，那么初始化队列
     *  队列初始化完成后，将node节点入队。

通过addWaiter()方法和enq()方法，我们也可以看出来，AQS中的同步队列是通过双向链表来实现的，节点入队和出队，需要修改两个指针才行（prev和next）。

addWaiter()方法执行执行完毕后，我们通过下面这张图大致看下此时同步队列中的节点指向情况。此处，不太理解可以再回头看看enq()方法的执行流程。

![format_png 5][]

addWaiter()方法执行执行完毕后，会返回入队后的新节点。然后开始执行acquireQueued()方法。这个方法做了五件事儿。

![format_png 6][]

1.  获取当前节点的前驱节点p
2.  如果p是头节点，那么再次尝试去获取锁，获取锁成功，就可以跳出循环
3.  获取锁失败，通过shouldParkAfterFailedAcquire()去修改waitSatus为-1（为什么修改为-1，这里可以从AQS的源码中找到原因，后续获取锁的流程也会遵从这个逻辑）

![format_png 7][]

![format_png 8][]

4. parkAndCheckInterrupt()方法会阻塞当前线程，同时，能够返回当前线程的中断状态（Thread.interrupted()会清除中断标记位）。

经过上述的一通操作，我们可以知道，线程1没有获取到锁，被加入到了同步队列，并且还对其进行了阻塞。概括下就是四个字“入队”、“阻塞”。此时我们的同步队列也变成如下所示。**和上述执行完addWaiter()方法相比，只是线程1节点的前驱节点，waitStaus被设置成了-1。**

# 释放锁流程 #

整个过程（只考虑释放锁成功）概括起来做了三件事儿

1.  释放锁资源；
2.  唤醒同步队列中头节点的后一个节点对应的线程
3.  步骤2被唤醒的该线程尝试竞争锁，竞争锁成功，那么更新同步队列（即头节点出队）。

当第一个线程（thread0）执行完自己的业务流程后，就会释放锁。此时，我们来看看释放锁的流程又是什么样子的。调用unlock()方法可以对锁进行释放，需要注意的时，为了避免死锁，需要将该方法的调用放在fiaally代码块中。

![format_png 9][]

当thread0去释放锁时，会调用release()方法，该方法主要做了两件事儿。

1.  调用tryRelease()方法释放锁
    
     *  其方法内部，会将state设置为0，同时通过setExclusiveOwnerThread()方法设置exclusiveOwnerThread为当null，代表此时锁资源被释放，没有任何线程持有锁资源
        
        ![format_png 10][]
2.  如果第一步返回true，即释放锁成功，那么开始第二步。第二步首先获取同步队列的头节点，查看其waitStatus属性。这里我们把刚才获取锁过后，同步队列中的节点情况再放一下。此时，我们的head节点的waitStatus为-1，因此会进入unparkSuccessor()方法
    
    ![format_png 11][]

![format_png 12][]

unparkSuccessor()方法，主要做了以下三件事儿。注意第三步，根据我们当前同步队列的情况来看，LockSupport.unpark()方法会唤醒线程1。

![format_png 13][]

当执行完unparkSuccessor()方法中的LockSupport.unpark()方法后，线程1（thread1）就会被唤醒了。线程1被唤醒过后，我们又来看看线程1的执行情况。此时线程1，会继续执行acquireQueued()方法中的for循环（注意：这是一个死循环哦）。执行顺序和获取锁时是一致的，和获取锁有所不同的时，此时执行第2步获取锁是会成功的（因为thread0已经释放锁了）。

![format_png 14][]

获取锁成功后呢，会让当前同步队列中的头节点出队，此时，同步队列中的节点情况如下所示。

![format_png 15][]

此时，释放锁的逻辑就执行完成了。**归纳起来其实也很简单，首先释放锁资源，然后再唤醒同步队列中头节点的后一个节点对应的线程，最后，更新同步队列（出队）。**

# 总结 #

以上便是ReentrantLock获取锁、释放锁的的大致流程。通过这篇文章，读者对ReentrantLock的获取锁、释放锁过程有一个大致的了解了，细心的读者可能会发现，获取锁时acquireQueued()方法中有一个队cancelAcquire()方法的调用逻辑，这里没有详细解释，博主会在后面的文章中详细来解释这个方法的处理逻辑（flag先立下！！！）。

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