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第五人格官网礼包:Java并發編程,深入理解ReentrantLock

ReentrantLock簡介

ReentrantLock重入鎖, 是實現Lock接口的一個類 ,也是在實際編程中使用頻率很高的一個鎖, 支持重入性,表示能夠對共享資源能夠重復加鎖,即當前線程獲取該鎖再次獲取不會被阻塞。 ReentrantLock還支持公平鎖和非公平鎖兩種方式。 那么,要想完完全全的弄懂ReentrantLock的話, 主要也就是ReentrantLock同步語義的學習:

  1. 重入性的實現原理
  2. 公平鎖和非公平鎖

重入性的實現原理

要想支持重入性,就要解決兩個問題:

  • 1. 在線程獲取鎖的時候,如果已經獲取鎖的線程是當前線程的話則直接再次獲取成功

  1. 由于鎖會被獲取n次,那么只有鎖在被釋放同樣的n次之后,該鎖才算是完全釋放成功

針對第一個問題,我們來看看ReentrantLock是怎樣實現的, 以非公平鎖為例,判斷當前線程能否獲得鎖為例,核心方法為nonfairTryAcquire(),源碼如下:

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    //1. 如果該鎖未被任何線程占有,該鎖能被當前線程獲取
if (c == 0) {
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
//2.若被占有,檢查占有線程是否是當前線程
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 3. 再次獲取,計數加一
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0) // overflow
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

為了支持重入性,在第二步增加了處理邏輯,如果該鎖已經被線程所占有了, 會繼續檢查占有線程是否為當前線程, 如果是的話,同步狀態加1返回true,表示可以再次獲取成功。每次重新獲取都會對同步狀態進行加1的操作。

針對第二個問題,依然還是以非公平鎖為例,核心方法為tryRelease,源碼如下:

protected final boolean tryRelease(int releases) {
//1. 同步狀態減1
    int c = getState() - releases;
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    boolean free = false;
    if (c == 0) {
//2. 只有當同步狀態為0時,鎖成功被釋放,返回true
        free = true;
        setExclusiveOwnerThread(null);
    }
// 3. 鎖未被完全釋放,返回false
    setState(c);
    return free;
}

重入鎖的釋放必須得等到同步狀態為0時鎖才算成功釋放,否則鎖仍未釋放。 如果鎖被獲取n次,釋放了n-1次,該鎖未完全釋放返回false,只有被釋放n次才算成功釋放,返回true。

公平鎖與非公平鎖

ReentrantLock支持兩種鎖:

  • 公平鎖
  • 非公平鎖

何謂公平性,是針對獲取鎖而言的,如果一個鎖是公平的,那么鎖的獲取順序就 應該 符合請求上的絕對時間順序,滿足FIFO。 ReentrantLock的無參構造方法是構造非公平鎖,源碼如下:

public ReentrantLock() {
    sync = new NonfairSync();
}

ReentrantLock的有參構造方法,傳入一個boolean值,true時為公平鎖,false時為非公平鎖,源碼如下:

public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

公平鎖的獲取,tryAcquire()方法,源碼如下:

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;
  }
}

邏輯與nonfairTryAcquire基本上一致, 唯一的不同在于增加了hasQueuedPredecessors的邏輯判斷, 方法名就可知道該方法用來判斷當前節點在同步隊列中是否有前驅節點的判斷,  如果有前驅節點說明有線程比當前線程更早的請求資源,根據公平性,當前線程請求資源失敗 。 如果當前節點沒有前驅節點的話,才有做后面的邏輯判斷的必要性。 公平鎖每次都是 從同步隊列中的第一個節點獲取到鎖 , 而非公平性鎖則不一定,有可能剛釋放鎖的線程能再次獲取到鎖。

公平鎖與非公平鎖的比較:

  • 公平鎖每次獲取到鎖為同步隊列中的第一個節點,保證請求資源時間上的絕對順序, 而非公平鎖有可能剛釋放鎖的線程下次繼續獲取該鎖,則有可能導致其他線程永遠無法獲取到鎖,造成“饑餓”現象。
  • 公平鎖為了保證時間上的絕對順序,需要頻繁的上下文切換, 而非公平鎖會降低一定的上下文切換,降低性能開銷。因此,ReentrantLock默認選擇的是非公平鎖,則是為了減少一部分上下文切換,保證了系統更大的吞吐量。
我還沒有學會寫個人說明!

這個程序員在阿里五年晉升三次,Coding 是立身之本

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