JAVA并发之ReentrantLock原理解析

　　Java从版本5开始，在java。util。concurrent。locks包内给我们提供了除了synchronized关键字以外的几个新的锁功能的实现，ReentrantLock就是其中的一个。但是这并不意味着我们可以抛弃synchronized关键字了。
　　在这些锁实现之前，如果我们想实现锁的功能，只能通过synchronized关键字，例子如下：privatestaticvolatileintvalue；publicstaticvoidmain（）｛RunnablerunnewRunnable（）｛Overridepublicvoidrun（）｛for（inti0；i1000；i）｛increaseBySync（）；｝｝｝；Threadt1newThread（run）；Threadt2newThread（run）；t1。start（）；t2。start（）；while（Thread。activeCount（）1）｛Thread。yield（）；｝System。out。println（value）；｝privatestaticsynchronizedintincreaseBySync（）｛returnvalue；｝
　　有了ReentrantLock之后，我们可以这样写：privatestaticvolatileintvalue；privatestaticLocklocknewReentrantLock（）；publicstaticvoidmain（String〔〕args）｛testIncreaseWithLock（）；｝publicstaticvoidmain（）｛RunnablerunnewRunnable（）｛Overridepublicvoidrun（）｛try｛lock。lock（）；for（inti0；i1000；i）｛value；｝｝finally｛lock。unlock（）；｝｝｝；Threadt1newThread（run）；Threadt2newThread（run）；t1。start（）；t2。start（）；while（Thread。activeCount（）1）｛Thread。yield（）；｝System。out。println（value）；｝
　　以上两段代码都可以实现value值同步自增1，并且value都能得到正确的值2000。下面我们就来分析下ReentrantLock有哪些功能以及它底层的原理。可重入锁
　　从名字我们就可以看出ReentrantLock是可重入锁。可重入锁是指当某个线程已经获得了该锁时，再次调用lock（）方法可以再次立即获得该锁。
　　举个例子，当某个线程在执行methodA（）时，假设已经获得了锁，这是当它执行到methodB（）时可以立即获得methodB里面的锁，因为两个方法是调用的同一把锁。privatestaticLocklocknewReentrantLock（）；publicstaticvoidmethodA（）｛try｛lock。lock（）；dosomethingmethodB（）；｝finally｛lock。unlock（）；｝｝publicstaticvoidmethodB（）｛try｛lock。lock（）；dosomthing｝finally｛lock。unlock（）；｝｝
　　synchronized也是可重入锁，有兴趣的同学可以自己写个例子测试下。公平锁
　　通过源码我们可以看到ReentrantLock支持公平锁，并且默认是非公平锁。ReentrantLock源码publicReentrantLock（）｛syncnewNonfairSync（）；｝ReentrantLock源码publicReentrantLock（booleanfair）｛syncfair？newFairSync（）：newNonfairSync（）；｝
　　下面是非公平锁和公平锁的lock（）方法实现，从两个lock（）方法我们可以看到，它们的不同点是在调用非公平锁的lock（）方法时，当前线程会尝试去获取锁，如果获取失败了则调用acquire（1）方法入队列等待；而调用公平锁的lock（）方法当前线程会直接入队列等待（acquire方法涉及到AQS下面会讲到）。ReentrantLock源码，非公平锁finalvoidlock（）｛if（compareAndSetState（0，1））setExclusiveOwnerThread（Thread。currentThread（））；elseacquire（1）；｝ReentrantLock源码，公平锁finalvoidlock（）｛acquire（1）；｝
　　而synchronized是一个非公平锁。超时机制
　　ReentrantLock还提供了超时机制，当调用tryLock（）方法，当前线程如果获取锁失败会立刻返回；而当调用带参tryLock（）方法时，当前线程如果在设置的timeout时间内未获得锁，也会立刻返回。而这些功能背后主要是依赖AQS实现的。ReentrantLock源码publicbooleantryLock（）｛returnsync。nonfairTryAcquire（1）；｝ReentrantLock源码publicbooleantryLock（longtimeout，TimeUnitunit）throwsInterruptedException｛returnsync。tryAcquireNanos（1，unit。toNanos（timeout））；｝
　　synchronized没有这个功能。可被中断
　　ReentrantLock有一个lockInterruptibly（）方法，它会最终调用AQS的两个方法：
　　AQS方法一中如果当前线程被中断则抛出InterruptedException，否则尝试去获取锁，获取成功则返回，获取失败则调用aqs方法二doAcquireInterruptibly（）。
　　AQS方法二中在for循环线程自旋中也会判断当前线程是否被标记为中断，如果是也会抛出InterruptedException。
　　doAcquireInterruptibly（）的细节我们在下面讲解AQS的时候会重点介绍，它和doAcquire（）方法很类似，唯一区别是会抛出InterruptedException。lock方法publicvoidlockInterruptibly（）throwsInterruptedException｛sync。acquireInterruptibly（1）；｝aqs方法一publicfinalvoidacquireInterruptibly（intarg）throwsInterruptedException｛if（Thread。interrupted（））thrownewInterruptedException（）；if（！tryAcquire（arg））doAcquireInterruptibly（arg）；｝aqs方法二privatevoiddoAcquireInterruptibly（intarg）throwsInterruptedException｛finalNodenodeaddWaiter（Node。EXCLUSIVE）；booleanfailedtrue；try｛for（；；）｛finalNodepnode。predecessor（）；if（pheadtryAcquire（arg））｛setHead（node）；p。nextnull；helpGCfailedfalse；return；｝if（shouldParkAfterFailedAcquire（p，node）parkAndCheckInterrupt（））thrownewInterruptedException（）；｝｝finally｛if（failed）cancelAcquire（node）；｝｝AQS（AbstractQueueSynchronizer）
　　AQS是一个基于队列的同步器，它是一个抽象类，主要提供了多线程获取锁时候的排队等待和激活机制，ReentrantLock内部有两个基于AQS实现的子类，分别针对公平锁和非公平锁做了支持。
　　下面我们以公平锁为例，讲解下ReentrantLock是如何依赖AQS实现其功能的。获得锁涉及到的主要源代码和解释如下：AQS源码，公平锁的lock（）方法会直接调用该方法这里当前如果获取失败会调用acquireQueued方法addWaiter方法主要是将当前线程加入AQS内部队列的尾部publicfinalvoidacquire（intarg）｛if（！tryAcquire（arg）acquireQueued（addWaiter（Node。EXCLUSIVE），arg））selfInterrupt（）；｝ReentrantLock中实现公平锁的AQS子类的方法protectedfinalbooleantryAcquire（intacquires）｛finalThreadcurrentThread。currentThread（）；intcgetState（）；c0表示当前AQS为初始状态，可以尝试获取锁，如获取成功则返回trueif（c0）｛if（！hasQueuedPredecessors（）compareAndSetState（0，acquires））｛setExclusiveOwnerThread（current）；returntrue；｝｝只有当前线程是已经获取了该锁的线程才能再次获取锁（可重入锁）并返回trueelseif（currentgetExclusiveOwnerThread（））｛intnextccacquires；if（nextc0）thrownewError（Maximumlockcountexceeded）；setState（nextc）；returntrue；｝返回false获取失败returnfalse；｝AQS源码finalbooleanacquireQueued（finalNodenode，intarg）｛booleanfailedtrue；try｛booleaninterruptedfalse；for（；；）｛finalNodepnode。predecessor（）；这里如果当前线程对应的队列里的Node的前置Node是head，则尝试获取锁，并成功返回if（pheadtryAcquire（arg））｛setHead（node）；p。nextnull；helpGCfailedfalse；returninterrupted；｝shouldParkAfterFailedAcquire方法标记当前线程Node的前置Node的waitStatus为SIGNAL，意思是当你从队列移除时记得要唤醒我哦parkAndCheckInterrupt方法会让当前线程挂起，停止自旋，免得白白浪费CPU资源if（shouldParkAfterFailedAcquire（p，node）parkAndCheckInterrupt（））interruptedtrue；｝｝finally｛if（failed）cancelAcquire（node）；｝｝
　　假设现在有线程A、B、C同时去获取同一把锁，大概的流程是这样的，这里假设线程A获得锁并成功返回，线程B和C则依次调用上面的方法，进入AQS的等待队列并最终被挂起。
　　这时线程A做完自己该做的事情了，它在finally块中调用了unlock方法，这时我们再看下相关的源代码。AQS源码，当前线程在释放锁的同时，会判断它所在Node的waitStatus有没有被它的后继结点标记，如果被标记了，那就唤醒后继结点对应的线程publicfinalbooleanrelease（intarg）｛if（tryRelease（arg））｛Nodehhead；if（h！nullh。waitStatus！0）unparkSuccessor（h）；returntrue；｝returnfalse；｝AQS源码，主要关注最下面LockSupport。unpark（s。thread），唤醒后继结点线程privatevoidunparkSuccessor（Nodenode）｛Ifstatusisnegative（i。e。，possiblyneedingsignal）trytoclearinanticipationofsignalling。ItisOKifthisfailsorifstatusischangedbywaitingthread。intwsnode。waitStatus；if（ws0）compareAndSetWaitStatus（node，ws，0）；Threadtounparkisheldinsuccessor，whichisnormallyjustthenextnode。Butifcancelledorapparentlynull，traversebackwardsfromtailtofindtheactualnoncancelledsuccessor。Nodesnode。next；if（snulls。waitStatus0）｛snull；for（Nodettail；t！nullt！node；tt。prev）if（t。waitStatus0）st；｝if（s！null）LockSupport。unpark（s。thread）；｝
　　线程A释放锁时，会唤醒head结点的后继结点也就是线程B，此时线程B就可以继续for循环里面自旋并成功获得锁了。unsafe相关
　　之前介绍AtomicInteger的时候提到Unsafe对象，AtomicInteger用到了Unsafe对象的CAS功能（底层是cpu提供的功能）。
　　ReentrantLock除了用到了CAS之外，还用到了Unsafe的pack和unpack两个方法（LockSupport当中），除了性能更好之外，它可以精确的唤醒某一个线程。Demo代码位置
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