Java并发编程 ReentrantLock 源码分析

ReentrantLock 一个可重入的互斥锁 Lock，它具有与使用 synchronized 方法和语句所访问的隐式监视器锁相同的一些基本行为和语义，但功能更强大。 这个类主要基于AQS(AbstractOwnableSynchronizer)封装的 公平与非公平锁。

所谓公平锁就是指 在多个线程的争用下，这些锁倾向于将访问权授予等待时间最长的线程，换句话说也就是先被锁定的线程首先获得锁。 非公平锁正好相反，解锁时没有固定顺序。

让我们边分析源代码边学习如何使用该类

先来看一下构造参数，默认是非公平锁。

     /**
      * Creates an instance of {@code ReentrantLock}.
      * This is equivalent to using {@code ReentrantLock(false)}.
      */
     public ReentrantLock() {
         sync = new NonfairSync();
     }
 
     /**
      * Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the
      * given fairness policy.
      *
      * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
      */
     public ReentrantLock(boolean fair) {
         sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
     }

NonfairSync是非公平锁，我们先来看非公平锁，是一个内部类继承了Sync。

     /**
      * Sync object for non-fair locks
      */
     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);
         }
     }

我们看到它继承了Sync，我们接着看这个类的源码。

     abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
         private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;
 
         abstract void lock();
 
         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;
         }
 
         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;
         }
     }

Sync这个类与AbstractQueuedSynchronizer 一起完成了锁的逻辑，现在我们开始从头分析一个线程如何获取锁，以及获取不到锁时如何被阻塞。当用户调用lock方法获取锁的时候，首先会先通过compareAndSetState（NonfairSync第11行）来设置锁定状态，如果原先状态为0，则说明目前没有线程持有锁，那么设置状态为1，并且设置当前线程是当前拥有独占访问的线程（setExclusiveOwnerThread），那么另外一种情况就是compareAndSetState方法返回false,也就是说之前已经有线程持有锁，那么就会执行acquire方法(NonfairSync第15行),这个方法是AbstractQueuedSynchronizer里面的方法。

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

首先调用了tryAcquire方法，这个类在子类当中实现，也就是上面NonfairSync第18行，实际上他调用了 nonfairTryAcquire，这个方法分两步，首先在判断一下状态(state)是否等于0，也就是重新尝试获取所，如果获取到锁则改变状态compareAndSetState 然后设置当前线程是当前拥有独占访问的线程（setExclusiveOwnerThread），跟上面讲到的一样。

如果重新尝试获取所失败，则判断是不是当前线程重复加锁，如果是的话就把状态进行增加。

如果上面都不是就返回FALSE， 如果返回FALSE 那么 acquire(int arg)方法的acquireQueued就会执行，这个方法会把不能获取锁的线程形成一个CHL队列保存起来，然后把线程阻塞。上面就基本讲完了

线程如何获取锁， 获取到锁就把状态设置成1。

如果是持有锁的线程继续调用 LOCK方法，那就把状态进行叠加。

如果获取不到锁，那么AbstractQueuedSynchronizer 会把线程以一个CHL队列的形式保存起来，然后设置线程阻塞，等待释放。

然后就是释放锁的操作

     public void unlock() {
         sync.release(1);
     }

这个release方法又是AbstractQueuedSynchronizer 里面提供的方法。

     public final boolean release(int arg) {
         if (tryRelease(arg)) {
             Node h = head;
             if (h != null && h.waitStatus != 0)
                 unparkSuccessor(h);
             return true;
         }
         return false;
     }

首先在第2行先调用tryRelease尝试释放锁，这个方法是在ReentrantLock的内部类Sync当中重写的，释放成功会返回TRUE。然后调用unparkSuccessor来释放阻塞队列当中的线程，然后被唤醒的线程会继续获取锁，如此反复。

最后我们再来看一下说明是公平锁FairSync。

     static final class FairSync extends Sync {
         private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;
 
         final void lock() {
             acquire(1);
         }
 
         /**
          * Fair version of tryAcquire.  Don't grant access unless
          * recursive call or no waiters or is first.
          */
         protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
             final Thread current = Thread.currentThread();
             int c = getState();
             if (c == 0) {
                 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;
         }
     }

仔细观察你会发现它与非公平锁唯一的区别就是在tryAcquire这里方法里面。上面已经用红色标记上了，主要是多了这么一个条件，就体现了锁的公平性。

当一个线程尝试获取锁时，那么先会判断当前有没有已经等待获取锁的线程队列，如果的话，按照公平原则，那么当前线程就会被加入阻塞队列的尾巴，如果是非公平锁，那么则不会判断。

这个类的核心原理基本介绍完了，其实主要核心的东西是在AbstractQueuedSynchronizer这个类里。

这里给大家提供一个关于AbstractQueuedSynchronizer的源码分析的文章：

http://ifeve.com/introduce-abstractqueuedsynchronizer/ 大家可以结合着一起看一下。