ReentrantLock底层原理手写Lock锁

Posted 2022-12-11 java叶新东老师

 

    ReentrantLock锁是一个轻量级锁，底层其实就是用自旋锁实现的，lock锁不依赖操作系统，而是使用java实现的锁，当我们调用lock方法的时候，在内部其实调用了Sync.lock()方法，而Sync继承了AbstractQueuedSynchronizer，简称AQS，所以在底层调用的其实是AQS的 lock() 方法；

 

 

ReentrantLock和synchronized不同的是，synchronized在jdk1.5以前是一把很重的锁，每次使用时都需要向操作系统申请，所以会耗费很大的资源，且效率不高，但ReentrantLock 的底层是由cas实现的，cas本身是自旋锁，也叫无锁，因为轻量级锁不需要像操作系统申请锁资源，所以不会进入阻塞状态，所以lock锁的效率要比synchronized高很多；

我们先看看lock锁的底层原理流程图

 

好了，知道了这些流程，那接下来我们自己实现一个简单的Lock锁吧！

自定义的锁   XdLock.java

package com.test;

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

public
// 手写 的 lock 锁
class XdLock implements Lock 

    // 缓存任务的队列
    LinkedBlockingQueue<Thread> queue = new LinkedBlockingQueue<>();

    // 原子类 ，登记我们的线程
    AtomicReference<Thread> cas = new AtomicReference<>();


    // 上锁
    @Override
    public void lock() 
        //  使用cas进行尝试上锁， 如果为空，将AtomicReference的值设为当前线程
        while (!cas.compareAndSet(null, Thread.currentThread())) 
            // 抢锁锁失败了！
            queue.add(Thread.currentThread()); // 将线程进入队列，等候执行
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":进入阻塞");
            // 让当前线程阻塞,
            LockSupport.park(); // 注意：调用park() 方法后会进入阻塞状态，下面的代码就不会在执行了，除非别的线程调用了 unpark(Thread) 方法来唤醒当前线程
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":已放开阻塞线程");
            queue.remove(Thread.currentThread()); // 移除线程
        

    

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException 

    

    @Override
    public boolean tryLock() 
        return false;
    

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException 
        return false;
    

    // 解锁
    @Override
    public void unlock() 

        // 只有持有锁的线程才能解锁，
        // cas.compareAndSet(Thread.currentThread(),null) 的意思是：如果 AtomicReference 记录的是当前线程，表示当前线程持有锁，解锁的操作就是设为null；
        if (cas.compareAndSet(Thread.currentThread(), null)) 

            // 唤醒其他等待的线程
            for (Object object : queue.toArray()) 
                Thread thread = (Thread) object;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":进行唤醒操作");
                LockSupport.unpark(thread); // 唤醒其他阻塞的线程；
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":唤醒成功！！");

            
         else 
            // 解锁失败，不做任何操作
        

    

    @Override
    public Condition newCondition() 
        return null;
    

运行测试  LockTest.java

package com.test;

public class LockTest 


    private XdLock lock = null;

    public static void main(String[] args) 

        // 实例化锁
        XdLock lock = new XdLock();

        // 创建2个线程来争抢锁
        LockTest lockTest = new LockTest(lock);
        Thread thread = new Thread(lockTest::show);
        thread.setName("线程AA");

        Thread thread1 = new Thread(lockTest::show);
        thread1.setName("线程BB");

        thread.start();
        thread1.start();
    

    // 构造方法
    public LockTest(XdLock lock) 
        this.lock = lock;
    

    public void show() 

        lock.lock();  // 上锁
        int i = 100;
        while (i > 0) 
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":叶新东 " + i);
            i--;
        
        lock.unlock();  // 解锁
    

 

首次上锁和二次上锁

ReentrantLock 的首次上锁和二次上锁流程又不一样，当给第一个线程上锁的时候，是不进入队列的，给第二个线程上锁的时候才会进入队列，超过2次以后每次上锁都会进入队列，上锁流程如下：