JAVA REENTRANTLOCKSEMAPHORE 的实现与 AQS 框架

Posted 张宏杰

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了JAVA REENTRANTLOCKSEMAPHORE 的实现与 AQS 框架相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

ReentrantLock是JDK提供的一个可重入互斥锁，所谓可重入就是同一个锁允许被已经获得该锁的线程重新获得。可重入锁的好处可以在递归算法中使用锁，不可重入锁则导致无法在递归算法中使用锁。因为第二次递归时由于第一次递归已经占有锁，而导致死锁。本文我们将探讨JDK中ReentrantLock的实现。

Semaphore是JDK提供的一个可共享的同步组建，有n个许可，多个线程可以共同去获得许可，当线程申请的许可小于n时即可成功申请，否则申请失败。

AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java实现同步组建的基础框架，一般以静态内部类的形式实现在某个同步组件类中，通过代理的方式向外提供同步服务，ReentrantLock和Semaphore都是基于AQS实现的同步组件，前者是独占式同步组建，即一个线程获得后，其他线程无法获得。后者是共享式同步组件，一个线程获得后，在满足的条件下，其他线程也可以获得。

AQS工作原理

AQS是Java实现同步组建的基础框架，其基本思想是用一个volatile int state变量来表示当前同步组件的状态，用getState()获取同步组件的状态，用compareAndSet(int expect, int update)来对state状态进行操作，compareAndSet可以保证对state变量更新值的原子性。AQS中很多方法是final的，即不允许用户覆盖，用户自定义的方法一般有：

  • tryAcquire: 独占式获取同步状态，该函数一般首先查询state的值，如果state不允许继续被获取，直接返回false。如果state允许继续被获取，CAS尝试更新state的值，成功返回true，失败返回false
  • tryAcquireShared：共享式的获取同步状态，该一般是在CAS死循环获取state的值，计算state被获取后的值，如果该值为负数，直接返回负数表示失败，如果该值为正值，则用CAS更新该值，当CAS更新失败时，重复上述步骤，直至返回负数或CAS更新成功返回正值。
  • tryRelease：独占式的释放同步状态
  • tryReleaseShared：共享式的释放同步状态，一般在CAS死循环中反复尝试，直至释放成功
  • isHeldExclusively：判断当前同步器是否被当前线程占有

AQS提供的模板方法有：

  • acquire:独占式的获取同步状态，获取成功则返回，获取失败则会进入等待队列，该方法会调用用户自定义的tryAcquire函数
  • acquireInterruptibly：与acquire类似，不同在于当进入等待队列时，遇到中断会抛出InterruptedException异常，用户可以处理该中断异常
  • tryAcquireNanos：在acquireInterruptibly的基础上增加了时间限制，一定时间内没有成功获取则返回false
  • acquireShared：共享式的获取同步状态，成功则返回，失败则进入等待队列，该方法会调用用户自定义的tryAcquired函数
  • acquireSharedInterruptibly：在等待队列可以相应中断，与上类似
  • tryAcquireShared：在acquireSharedInterruptibly增加了超时限制
  • release：独占式的释放同步状态，会调用用户自定义tryRelease函数
  • releaseShared：共享式的释放同步状态，会调用用户自定义tryReleaseShared函数
  • getQueuedThreads：获取等待队列线程集合

ReentrantLock源码分析

ReentrantLock的默认构造函数是

1 2 3 public ReentrantLock()          sync = new NonfairSync();

NonfairSync继承了Sync，Sync是一个抽象类，并继承了抽象类AbstractQueuedSynchronizer。
ReentrantLock是一个独占式的锁，所以它需要实现tryAcquire函数和tryRelease函数

tryAcquire函数源码如下

1 2 3 protected final boolean tryAcquire( int acquires)          return nonfairTryAcquire(acquires);

nonfairTryAcquire(acquires)源码如下

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 final boolean nonfairTryAcquire( int acquires)          final Thread current = Thread.currentThread();          int c = getState();          if (c == 0 )              if (compareAndSetState( 0 , acquires))                  setExclusiveOwnerThread(current);                  return true ;                                else if (current == getExclusiveOwnerThread())              int nextc = c + acquires;              if (nextc < 0 ) // overflow                  throw new Error( "Maximum lock count exceeded" );              setState(nextc);              return true ;                   return false ;