JUC中Lock和ReentrantLock介绍及源码解析
Lock框架是jdk1.5新增的,作用和synchronized的作用一样,所以学习的时候可以和synchronized做对比。在这里先和synchronized做一下简单对比,然后分析下Lock接口以及ReentrantLock的源码和说明。具体的其他的Lock实现的分析在后面会慢慢介绍。
Lock框架和synchronized
有关synchronized的作用和用法不在具体说明,应该都很熟悉了。而Lock有着和synchronized一样的语意,但是比synchronized多了一些功能,单单就从Lock接口定义来看,比synchronized多出来的功能有:
- 可中断的获取锁,就是获取锁的线程可以响应中断。
- 可以尝试获取锁,也就是非阻塞获取锁,一个线程可以尝试去获取锁,获取成功就持有锁并返回true,否则返回false。
- 带超时的尝试获取锁,就是在尝试获取锁的时候,会有超时时间,当到达了指定的时间后,还未获取到锁,就返回false。
除了定义之外,Lock框架还和synchronized有不一样的是:
- Lock需要显示的加锁和释放锁,而且一定要在finally中去释放锁。而synchronized则不需要我们去关心锁的释放。
- 锁的公平性,Lock接口并没有定义有关公平性的方法,而是在具体的实现类中使用AQS来实现锁的公平性。
Lock接口源码
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public interface Lock {
//获取锁,获取到锁后返回
//注意一定要记得释放锁
void lock();
//可中断的获取锁
//获取锁的时候,如果线程正在等待获取锁,则该线程能响应中断
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
//尝试获取锁,当线程获取锁的时候,获取成功与否都会立即返回
//不会一直等着去获取锁
boolean tryLock();
//带有超时时间的尝试获取锁
//在一定的时间内获取到锁会返回true
//在这段时间内被中断了,会返回
//在这段时间内,没有获取到锁,会返回false
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
//释放锁
void unlock();
//获取一个Condition对象。
Condition newCondition();
}
1 |
public interface Lock { |
Lock接口的定义并不复杂,获取锁释放锁以及非阻塞式的获取锁等方法的定义。其实想象一下日常使用的时候,也大概是如此,获取锁,释放锁,获取锁的时候没有得到锁,我就转一圈回来再试试,等到一定时间之后,我就不要了,走了。接口的定义没有太多要说的,接下来看Lock接口的实现。
Lock接口的实现
Lock接口主要的实现是ReentrantLock重入锁,另外还有ConcurrentHashMap中的Segment继承了ReentrantLock,在ReentrantReadWriteLock中的WriteLock和ReadLock也实现了Lock接口。
ReentrantLock
ReentrantLock是一个可重入的互斥锁,等同于synchronized,但是比synchronized更强大灵活,减少死锁发生的概率。我们上面说Lock框架提供了公平锁的机制,就是在ReentrantLock中有提供公平锁机制的实现,默认为非公平锁。
在继续看ReentrantLock的各个方法实现之前,首先需要了解下内部是怎么实现公平锁和非公平锁的,其实想一下也简单,比如我就是一可重入锁ReentrantLock,你想从我这获得到公平的还是不公平的,但是不能我说什么就是什么,我这里有一个天平(AQS),这个是大家公认的可以实现公平和不公平的机器,你找我要,我就给天平说一声,他来操作,然后我再把结果给你。(越描述越复杂!)。几乎ReentrantLock中所有的操作都会交给Sync去实现。
有关AQS这里不做介绍,在AQS专门的文章有介绍,请自行查阅把。接下来就看看我拿着的两把锁,公平和不公平。
Sync
Sync是公平和非公平两种的基类,直接看代码,看不明白的话,可以先看下面公平和非公平的解析,然后再返回来:
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//继承自AQS |
FairSync
公平锁的实现,有关公平的实现,是此类进行处理的。
1 |
//继承自Sync |
可以看到公平的tryAcquire在获取锁的开始只调用一次,获取到就获取到了,或者已经获取到增加重入数,没有获取到就返回false,如果返回false的话,AQS就会将其加入到队列中一直尝试获取。
NonfairSync
1 |
//也是继承自Sync |
公平和非公平的区别
上面看完了代码,有点模糊,感觉代码都差不多,到底公平和非公平差别在哪里。首先看下公平的锁获取,公平锁获取会直接调用acquire方法,acquire方法并不是直接去获取锁,而是调用公平的tryAcquire方法,公平的tryAcquire方法首先获取到当前同步器状态,如果没有人用同步器,也就是状态为0,会先去判断有没有人比我等的时间更长,有的话我就不能获取锁,而是让别人先去;如果我是等待最长的那个,我就去使用CAS更改状态,获取锁。
而非公平的实现是,我上来就直接使用CAS获取锁,不问别人是不是等着很长时间了,我获取到了就是我的了,我获取不到,再调用acquire方法,然后acquire方法中调用非公平的tryAcquire方法,非公平的tryAcquire方法也是很直接,如果当前锁没有人用,也就是state为0,我不管有没有人比我等的时间长,我就去获取,然后设置独占。
公平锁,获取锁首先去尝试,没有的话就排队,轮到我之后,还要去问一下有没有等的时间更长的。非公平锁则是不排队,直接上,没有获取到,我也尝试获取,尝试获取的时候我还是直接上,不管其他人。
了解完公平和非公平锁,再去看其他方法就没那么难了。
ReentrantLock构造函数
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//可以看到,默认是非公平的 |
还可以指定公平性
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public ReentrantLock(boolean fair) { |
lock方法
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//直接调用公平或者非公平的同步器的lock方法 |
lock方法有三种情况:
- 如果锁没有被其他线程持有,当前线程立即获得锁并返回,同步器状态设为1。
- 如果当前线程已经持有锁,则状态加1,并立即返回。
- 如果锁被其他线程持有,当前线程挂起直到获取到锁,然后返回,同步器设为1。
lockInterruptibly方法
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//可中断的获取锁 |
获取锁,可以被Thread.interrupt打断。也有三种情况:
- 如果锁没有被其他线程持有,当前线程立即获得锁并返回,同步器状态设为1。
- 如果当前线程已经持有锁,则状态加1,并立即返回。
如果锁被其他线程持有,当前线程会挂起去获取锁,在这个过程会有两种情况:
- 当前线程获取到了锁,返回,同步器状态设置1。
- 当前线程被中断了,会抛出InterruptedException异常,并清除中断状态。
tryLock方法
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//尝试获取锁,不会阻塞,成功与否都会直接返回 |
使用非公平的锁获取,如果使用了公平的,获取的时候还要判断别人是不是了好久,而非公平的nonfairTryAcquire,能获取就直接获取到,获取不到就返回false,比较直接。
如果不想破坏公平性,可以使用带有超时时间的tryLock方法。
带超时的tryLock方法
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//在超时间内,并且没有被打断,锁没有被其他线程持有,就立即获取到锁并返回 |
如果使用的是公平锁,如果有其他等的时间更长的线程,即便现在锁没有人持有,当前线程也不会获取到锁,给等的时间更长的去获取。
unlock方法
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//释放锁 |
newCondition方法
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//返回一个新的Condition实例 |
返回的Condition实例的方法,其实和Object的wait,notify,notifyAll方法的作用一样。
其他方法
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//重入次数 |
ReentrantLock和synchronized的区别
ReentrantLock和synchronized很类似,但是比synchronized多了更多功能,比如可中断锁,锁可以带超时时间,可以尝试非阻塞获取锁等。ReentrantLock还提供了条件Condition,跟Object的wait/notify类似,但是在多个条件变量和高度竞争锁的地方,ReentrantLock更加合适。
另外AQS是重点,一定要多学几遍,学会了,才能掌握锁(我还不太明白!)。
有关其他实现,比如ReentrantReadWriteLock的ReadLock和WriteLock以及ConcurrentHashMap中的Segment会另行介绍。
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