Java併發編程，深刻理解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，表示可以對共享資源可以重複加鎖，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。 那麼，要想完徹底全的弄懂ReentrantLock的話， 主要也就是ReentrantLock同步語義的學習：

• 重入性的實現原理

• 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，若是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. 因爲鎖會被獲取n次，那麼只有鎖在被釋放一樣的n次以後，該鎖纔算是徹底釋放成功

針對第一個問題，咱們來看看ReentrantLock是怎樣實現的， 以非公平鎖爲例，判斷當前線程可否得到鎖爲例，核心方法爲nonfairTryAcquire(),源碼以下：

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    //1. 若是該鎖未被任何線程佔有，該鎖能被當前線程獲取
if (c == 0) {
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
//2.若被佔有，檢查佔有線程是不是當前線程
    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;
}複製代碼

爲了支持重入性，在第二步增長了處理邏輯，若是該鎖已經被線程所佔有了， 會繼續檢查佔有線程是否爲當前線程， 若是是的話，同步狀態加1返回true，表示能夠再次獲取成功。每次從新獲取都會對同步狀態進行加1的操做。

針對第二個問題，依然仍是以非公平鎖爲例，核心方法爲tryRelease，源碼以下：

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. 只有當同步狀態爲0時，鎖成功被釋放，返回true
        free = true;
        setExclusiveOwnerThread(null);
    }
// 3. 鎖未被徹底釋放，返回false
    setState(c);
    return free;
}複製代碼

重入鎖的釋放必須得等到同步狀態爲0時鎖纔算成功釋放，不然鎖仍未釋放。 若是鎖被獲取n次，釋放了n-1次，該鎖未徹底釋放返回false，只有被釋放n次纔算成功釋放，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，若是一個鎖是公平的，那麼鎖的獲取順序就 應該符合請求上的絕對時間順序，知足FIFO。 ReentrantLock的無參構造方法是構造非公平鎖，源碼以下：

public ReentrantLock() {
    sync = new NonfairSync();
}複製代碼

ReentrantLock的有參構造方法，傳入一個boolean值，true時爲公平鎖，false時爲非公平鎖，源碼以下：

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

公平鎖的獲取，tryAcquire()方法，源碼以下：

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;
  }
}複製代碼

邏輯與nonfairTryAcquire基本上一致， 惟一的不一樣在於增長了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， 若是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。 若是當前節點沒有前驅節點的話，纔有作後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， 而非公平性鎖則不必定，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爲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，則有可能致使其餘線程永遠沒法獲取到鎖，形成「飢餓」現象。

• 公平鎖爲了保證時間上的絕對順序，須要頻繁的上下文切換， 而非公平鎖會下降必定的上下文切換，下降性能開銷。所以，ReentrantLock默認選擇的是非公平鎖，則是爲了減小一部分上下文切換，保證了系統更大的吞吐量。