ReentrantLock原理分析
一 UML类图
通过类图ReentrantLock是同步锁,同一时间只能有一个线程获取到锁,其他获取该锁的线程会被阻塞而被放入AQS阻塞队列中。ReentrantLock类继承Lock接口;内部抽象类Sync实现抽象队列同步器AbstractQueuedSynchronizer;Sync类有两个子类NonfairSync(非公平锁)和FairSync(公平锁),默认构造方法使用非公平锁,可以使用带布尔参数的构造方法指定使用公平锁;ReentrantLock可以创建多个条件进行绑定。
二 原理分析
2.1 获取锁
2.1.1 void lock()方法
调用线程T调用该方法尝试获取当前锁。
①如果锁未被其他线程获取,则调用线程T成功获取到当前锁,然后设置当前锁的拥有者为调用线程T,并设置AQS的状态值state为1,然后直接返回。
②如果调用线程T之前已经获取当前锁,则只设置设置AQS的状态值state加1,然后返回。
③如果当前锁已被其他线程获取,则调用线程T放入AQS队列后阻塞挂起。
- public void lock() {
- sync.lock();//委托内部公平锁和非公平锁获取锁
- }
- //非公平锁
final void lock() {- if (compareAndSetState(0, 1))//设置AQS状态值为1
- setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());//成功设置锁的线程拥有者
- else
- acquire(1);//失败加入到AQS队列阻塞挂起
- }
- //公平锁
- final void lock() {
- acquire(1);
- }
非公平锁分析:
- //调用父类AbstractOwnableSynchronizer方法CAS设置state值,成功返回true,失败返回false
- protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
- return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
- }
- //调用父类AbstractOwnableSynchronizer方法,设置当前线程为锁的拥有者
- protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
- exclusiveOwnerThread = thread;
- }
- //调用AbstractQueuedSynchronizer父类方法,第一次获取锁失败
- public final void acquire(int arg) {
- if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))//排它锁类型
- selfInterrupt();
- }
- //NonfairSync子类,重写父类方法
- protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
- return nonfairTryAcquire(acquires);
- }
- //Sync类非公平锁尝试获取锁
- final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
- final Thread current = Thread.currentThread();
- int c = getState();
- if (c == 0) {//二次获取锁
- if (compareAndSetState(0, acquires)) {
- setExclusiveOwnerThread(current);
- return true;
- }
- }
- else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {//当前线程已获取锁,AQS状态值加1
- int nextc = c + acquires;
- if (nextc < 0) // overflow
- throw new Error("Maximum lock count exceeded");
- setState(nextc);
- return true;
- }
- return false;
- }
- //AbstractQueuedSynchronizer类创建节点,添加到AQS队列后面
- private Node addWaiter(Node mode) {
- Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);//创建AQS队列的节点,节点类型排它锁
- Node pred = tail;//尾结点
- if (pred != null) {
- node.prev = pred;//新节点的前一个节点是尾结点
- if (compareAndSetTail(pred, node)) {//CAS机制添加节点
- pred.next = node;//尾结点执行新的节点
- return node;
- }
- }
- enq(node);
- return node;
- }
- //插入节点到队列中
private Node enq(final Node node) {- for (;;) {
- Node t = tail;//尾结点
- if (t == null) { // 尾结点为空,初始化
- if (compareAndSetHead(new Node()))//第一步:CAS创建头结点(哨兵节点)一个空节点
- tail = head;
- } else {
- node.prev = t;
- if (compareAndSetTail(t, node)) {//第二步:CAS设置尾结点
- t.next = node;
- return t;
- }
- }
- }
- }
- //
- final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
- boolean failed = true;
- try {
- boolean interrupted = false;
- for (;;) {
- final Node p = node.predecessor();//新节点的前节点
- if (p == head && tryAcquire(arg)) {//如果p节点的前节点是头结点,并且尝试给锁枷锁
- setHead(node);
- p.next = null; // help GC
- failed = false;
- return interrupted;
- }
- if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt())
- interrupted = true;
- }
- } finally {
- if (failed)
- cancelAcquire(node);//失败解锁
- }
- }
- //阻塞挂起当前线程
- static void selfInterrupt() {
- Thread.currentThread().interrupt();
- }
- //
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {- int ws = pred.waitStatus;
- if (ws == Node.SIGNAL)
- /*
- * This node has already set status asking a release
- * to signal it, so it can safely park.
- */
- return true;
- if (ws > 0) {
- /*
- * Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
- * indicate retry.
- */
- do {
- node.prev = pred = pred.prev;
- } while (pred.waitStatus > 0);
- pred.next = node;
- } else {
- /*
- * waitStatus must be 0 or PROPAGATE. Indicate that we
- * need a signal, but don't park yet. Caller will need to
- * retry to make sure it cannot acquire before parking.
- */
- compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
- }
- return false;
- }
- //
- private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
- LockSupport.park(this);
- return Thread.interrupted();
- }
公平锁分析:
- protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
- final Thread current = Thread.currentThread();
- int c = getState();
- if (c == 0) {
- if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) {//与非公平锁相比,区别就在标红的位置
- 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;
- }
- public final boolean hasQueuedPredecessors() {
- // The correctness of this depends on head being initialized
- // before tail and on head.next being accurate if the current
- // thread is first in queue.
- Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order
- Node h = head;
- Node s;
//①h != t:表示AQS队列头结点和尾结点不相同,队列不为空;
//②(s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread():头结点(哨兵节点)为空或者next节点不等于当前线程- return h != t && ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
- }
2.1.2 void lockInterruptibly()方法
与2.2.1方法相似,不同之处在于:该方法对中断进行响应,其他线程调用当前线程中断方法,抛出InterruptedException。
2.1.3 boolean tryLock()方法
尝试获取锁。注意:该方法不会引起当前线程阻塞。
2.1.4 boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)方法
与2.1.3方法相似,不同之处在于:设置了超时时间。
2.2 释放锁
尝试释放锁。
如果当前线程T已获取锁,则调用该方法更新AQS状态值减1。如果当前状态值为0,则释放锁;如果当前状态值部位0,则只是减1操作。
如果当前线程T未获取锁,则调用该方法是会抛出IllegalMonitorStateException异常。
2.2.1 void unlock()方法
- public void unlock() {
- sync.release(1);
- }
- //调用AbstractQueuedSynchronizer方法
- public final boolean release(int arg) {
- if (tryRelease(arg)) {
- Node h = head;
- if (h != null && h.waitStatus != 0)
- unparkSuccessor(h);//唤醒线程
- return true;
- }
- return false;
- }
- //回调Sync类释放锁
- 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);//设置锁的拥有线程为空
- }
- setState(c);
- return free;
- }
- //
- private void unparkSuccessor(Node node) {
- /*
- * If status is negative (i.e., possibly needing signal) try
- * to clear in anticipation of signalling. It is OK if this
- * fails or if status is changed by waiting thread.
- */
- int ws = node.waitStatus;//线程阻塞等待状态
- if (ws < 0)
- compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);//CAS设置状态
- /*
- * Thread to unpark is held in successor, which is normally
- * just the next node. But if cancelled or apparently null,
- * traverse backwards from tail to find the actual
- * non-cancelled successor.
- */
- Node s = node.next;
- if (s == null || s.waitStatus > 0) {
- s = null;
- for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)//遍历AQS队列
- if (t.waitStatus <= 0)
- s = t;
- }
- if (s != null)
- LockSupport.unpark(s.thread);//唤醒线程
- }
- h != t
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