ReentrantLock 实现原理(下)

简介: 使用 synchronize 来做同步处理时,锁的获取和释放都是隐式的,实现的原理是通过编译后加上不同的机器指令来实现。 而 ReentrantLock 就是一个普通的类,它是基于 AQS(AbstractQueuedSynchronizer)来实现的。 是一个重入锁:一个线程获得了锁之后仍然可以反复的加锁,不会出现自己阻塞自己的情况。 AQS 是 Java 并发包里实现锁、同步的一个重要的基础框架。

挂起等待线程


写入队列之后需要将当前线程挂起(利用acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)):


final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true;
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return interrupted;
                }
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }


首先会根据 node.predecessor() 获取到上一个节点是否为头节点,如果是则尝试获取一次锁,获取成功就万事大吉了。


如果不是头节点,或者获取锁失败,则会根据上一个节点的 waitStatus 状态来处理(shouldParkAfterFailedAcquire(p, node))。


waitStatus 用于记录当前节点的状态,如节点取消、节点等待等。


shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) 返回当前线程是否需要挂起,如果需要则调用 parkAndCheckInterrupt()


private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        LockSupport.park(this);
        return Thread.interrupted();
    }


他是利用 LockSupportpart 方法来挂起当前线程的,直到被唤醒。


非公平锁获取锁


公平锁与非公平锁的差异主要在获取锁:


公平锁就相当于买票,后来的人需要排到队尾依次买票,不能插队


而非公平锁则没有这些规则,是抢占模式,每来一个人不会去管队列如何,直接尝试获取锁。


非公平锁:


final void lock() {
            //直接尝试获取锁
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }


公平锁:


final void lock() {
            acquire(1);
        }


还要一个重要的区别是在尝试获取锁时tryAcquire(arg),非公平锁是不需要判断队列中是否还有其他线程,也是直接尝试获取锁:


final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                //没有 !hasQueuedPredecessors() 判断
                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;
        }


释放锁


公平锁和非公平锁的释放流程都是一样的:


public void unlock() {
        sync.release(1);
    }
    public final boolean release(int arg) {
        if (tryRelease(arg)) {
            Node h = head;
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                 //唤醒被挂起的线程
                unparkSuccessor(h);
            return true;
        }
        return false;
    }
    //尝试释放锁
    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;
    }        


首先会判断当前线程是否为获得锁的线程,由于是重入锁所以需要将 state 减到 0 才认为完全释放锁。


释放之后需要调用 unparkSuccessor(h) 来唤醒被挂起的线程。


总结


由于公平锁需要关心队列的情况,得按照队列里的先后顺序来获取锁(会造成大量的线程上下文切换),而非公平锁则没有这个限制。


所以也就能解释非公平锁的效率会被公平锁更高。


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