聊聊ReentrantLock实现原理

Posted 2020-12-16 huxuhong

ReentrantLock 是常用的锁，相对于Synchronized ,lock锁更人性化，阅读性更强

从LOCK切入

         考虑下面的场景如果有A,B线程，同时去执行lock.lock(Lock lock = new ReentrantLock 为全局属性)，当A线程抢到锁以后，此时B线程做了哪些事情

         要知道B线程做了那些事情，就要知道一个类AbstractQueueSynchronizer(简称AQS)，它负责将锁竞争失败线程存储起来

  Lock lock =  new ReentrantLock();　　
        try{
            lock.lock();
            System.out.println("测试");
        }finally {
          lock.unlock();
        }

　　

AQS 分析

   　 要理解锁的运行原理，至少要了解下面的几个问题

  　　  ①，如何锁定（或者说锁定的标准是什么）

   　　 ②，竞争锁失败，怎么处理

  　    ③，如何释放锁

   　　 ④，如何唤醒其他线程重新竞争

    　针对上面的4个问题，分析一下ReenTrantLock

 

如何锁定

 //当执行lock.lock()竞争锁 
 final void lock() {
             //1,A,B线程竞争ReenTrantLock->AQS属性->state属性
             //2,乐观锁的形式更新state,如A线程先将state更新为1，就代表A线程竞争锁成功

            if (compareAndSetState(0, 1))
                //设置锁持有线程
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                //B线程竞争锁失败，执行下面方法
                acquire(1);
        }

 要理解AQS的原理中，理解state的状态值变化很重要

　　state=0 ，node节点创建时state=0

       state=-1，后继线程可以考虑阻塞啦，因为后继线程不是下一个需要执行竞争锁的（在添加一个新的节点后，那么的它的pre节点的state会变成-1）

       state = 1，节点失效，如：当tryLock（1000,TimeUnit.MILLISECOND） 超时时，节点状态值

B线程竞争锁失败，处理方式

　　1，尝试重新获取锁（目的）

               　　 1.1，看看前面锁是否释放（先下手为强，假如成功尼，哈哈，满满的求生欲）
               　　 1.2，查看是否同一个线程竞争锁，考虑重入锁

　　2，仍然失败，将B线程封装一个新的node节点，插入一个双向队列的尾部

　　3，开始自旋(死循环)，直到获取锁为止

　　　　3.1，判断当前线程是否有资格竞争锁

　　　　3.2，无资格或者竞争失败的情况下，考虑是否暂停B线程线程(A线程释放锁的时候，会唤醒B线程)

       从源码角度，来解析一下上面的内容

 

public final void acquire(int arg) {
        //尝试获取锁，失败，考虑可重入锁
        if (!tryAcquire(arg) &&
            //addWaiter 添加到双向队列的尾结点
            //acquireQueued，开始自旋（死循环）
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            //如果当前线程在竞争过程中存在中断情况，设置当前线程中断
            selfInterrupt();
    }

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            return nonfairTryAcquire(acquires);
    }

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;
        }

    final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true;
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                 //判断当前这个节点前节点是否是head节点，是的话，重新进行竞争操作（此时A线程可能还木有释放锁）
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return interrupted;
                }
                //如果失败或者前节点不是head节点，根据实际情况，考虑一下暂停当前线程
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

 

背景：A线程竞争锁成功，B线程竞争锁失败，AQS队列为空，此时B线程准备加入队列

1，首先添加一个空节点，head，tail 链接到此节点

 

 2，B线程节点，加入AQS队列，A线程释放锁的时候，直接唤醒B线程竞争锁，竞争成功，队列前进一位即可

 

 

A线程释放锁

     1，做减法--->AQS属性state一直被减到0（考虑可重入锁），代表这个A线程彻底释放锁

     2，在双向队列中，查找下一个节点，唤醒这个节点的线程

             如果A线程直接抢到锁啦说明A线程所在的节点并木有添加到双向队列中，那么下一个节点就是双向队列的头节点

             如果A线程所在的节点加入了双向队列，那么head节点为A线程所在的节点，下一个节点为head节点的下一个节点

 

 public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    //做减法--->AQS属性state一直被减到0（考虑可重入锁），代表这个A线程彻底释放锁
    protected final boolean tryRelease(int releases) {
        int c = getState() - releases;
        if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        boolean free = false;
        if (c == 0) {
            free = true;
            setExclusiveOwnerThread(null);
        }
        setState(c);
        return free;
    }
    
    
    public final boolean release(int arg) {
        if (tryRelease(arg)) {
            Node h = head;
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                unparkSuccessor(h);
            return true;
        }
        return false;
    }
    
    
    private void unparkSuccessor(Node node) {
        /*
         * If status is negative (i.e., possibly needing signal) try
         * to clear in anticipation of signalling.  It is OK if this
         * fails or if status is changed by waiting thread.
         */
        int ws = node.waitStatus;
        if (ws < 0)
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

        /*
         * Thread to unpark is held in successor, which is normally
         * just the next node.  But if cancelled or apparently null,
         * traverse backwards from tail to find the actual
         * non-cancelled successor.
         */
        //在双向队列中，查找下一个节点，唤醒这个节点的线程

        Node s = node.next;
        if (s == null || s.waitStatus > 0) {
            s = null;
            for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
                if (t.waitStatus <= 0)
                    s = t;
        }
        if (s != null)
            LockSupport.unpark(s.thread);
    }