Java并發(fā)編程，深入理解ReentrantLock

番茄西紅柿發(fā)布于2019-05-23 16:08 / 2404人閱讀

摘要：公平鎖為了保證時(shí)間上的絕對順序，需要頻繁的上下文切換，而非公平鎖會(huì)降低一定的上下文切換，降低性能開銷。因此，默認(rèn)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(tǒng)更大的吞吐量。

ReentrantLock簡介

ReentrantLock重入鎖，是實(shí)現(xiàn)Lock接口的一個(gè)類，也是在實(shí)際編程中使用頻率很高的一個(gè)鎖，支持重入性，表示能夠?qū)蚕碣Y源能夠重復(fù)加鎖，即當(dāng)前線程獲取該鎖再次獲取不會(huì)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(xué)習(xí)：

重入性的實(shí)現(xiàn)原理

公平鎖和非公平鎖

重入性的實(shí)現(xiàn)原理

要想支持重入性，就要解決兩個(gè)問題：

1. 在線程獲取鎖的時(shí)候，如果已經(jīng)獲取鎖的線程是當(dāng)前線程的話則直接再次獲取成功

由于鎖會(huì)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(gè)問題，我們來看看ReentrantLock是怎樣實(shí)現(xiàn)的，以非公平鎖為例，判斷當(dāng)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(dāng)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(dāng)前線程
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 3. 再次獲取，計(jì)數(shù)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(jīng)被線程所占有了，會(huì)繼續(xù)檢查占有線程是否為當(dāng)前線程，如果是的話，同步狀態(tài)加1返回true，表示可以再次獲取成功。每次重新獲取都會(huì)對同步狀態(tài)進(jìn)行加1的操作。

針對第二個(gè)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(tài)減1
    int c = getState() - releases;
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    boolean free = false;
    if (c == 0) {
//2. 只有當(dāng)同步狀態(tài)為0時(shí)，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(tài)為0時(shí)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(gè)鎖是公平的，那么鎖的獲取順序就應(yīng)該符合請求上的絕對時(shí)間順序，滿足FIFO。 ReentrantLock的無參構(gòu)造方法是構(gòu)造非公平鎖，源碼如下：

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

ReentrantLock的有參構(gòu)造方法，傳入一個(gè)boolean值，true時(shí)為公平鎖，false時(shí)為非公平鎖，源碼如下：

public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair );

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(dāng)前節(jié)點(diǎn)在同步隊(duì)列中是否有前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的判斷， 如果有前驅(qū)節(jié)點(diǎn)說明有線程比當(dāng)前線程更早的請求資源，根據(jù)公平性，當(dāng)前線程請求資源失敗。如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)沒有前驅(qū)節(jié)點(diǎn)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(duì)列中的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)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(duì)列中的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，保證請求資源時(shí)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(xù)獲取該鎖，則有可能導(dǎo)致其他線程永遠(yuǎn)無法獲取到鎖，造成“饑餓”現(xiàn)象。

公平鎖為了保證時(shí)間上的絕對順序，需要頻繁的上下文切換，而非公平鎖會(huì)降低一定的上下文切換，降低性能開銷。因此，ReentrantLock默認(rèn)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(tǒng)更大的吞吐量。

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