可重入锁 自旋锁，看这一篇就够了！

Posted 2021-03-07 wengle520

在多线程编程中，锁是常用地控制并发的机制，对于临界区的资源，需要保证线程之间互斥地访问。

1. 可重入锁

可重入锁，也叫做递归锁，指的是多次对同一个锁进行加锁操作，都不会阻塞线程。实现思路：记录当前锁正在被哪个线程使用，采用计数来统计lock和unlock的调用次数。正常情况下，lock和unlock的调用次数应该相等，如果不相等就会死锁。

public class Test implements Runnable {
    ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); //定义一个可重入锁

    public void get() {
        lock.lock(); //第一次调用lock()
        System.out.println(Thread.currentThread().getId());
        set();
        lock.unlock();
    }

    public void set() {
        lock.lock(); //第二次调用lock()，而且会成功，说明lock是可重入锁
        System.out.println(Thread.currentThread().getId());
        lock.unlock();
    }

    @Override
    public void run() {
        get();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test ss = new Test();
        new Thread(ss).start();
        new Thread(ss).start();
        new Thread(ss).start();
    }
}

2. 自旋锁

首先，看看初级的自旋锁实现方式：

public class SpinLock {
    private AtomicReference<Thread> owner =new AtomicReference<>();
    public void lock(){
        Thread current = Thread.currentThread();
        while(!owner.compareAndSet(null, current)){
        }
    }
    
    public void unlock (){
        Thread current = Thread.currentThread();
        owner.compareAndSet(current, null);
    }
}

实现思路：通过CAS(CompareAndSet)原子操作来更新变量。如果CAS返回true，表示获得了锁；否则，需要通过while循环检查，直到获得锁为止，这也是为什么叫做自旋锁的原因，需要不停的尝试获取锁。

2.1 初级版本的问题

1. 同一线程前后两次调用lock()，会导致第二次调用lock时进行自旋，产生了死锁（因为第一次调用lock()之后，还没有unlock），说明这个锁不是可重入的。
2. 如果问题一已经解决，当第一次调用unlock()时，就已经将锁释放了。实际上不应释放锁。

2.2 解决方案

1. 针对问题一：在lock函数内，应验证线程是否为已经获得锁的线程
2. 针对问题二：采用计数进行统计

public class SpinLock {
    private AtomicReference<Thread> owner =new AtomicReference<>();
    private int count =0;
    public void lock(){
        Thread current = Thread.currentThread();
        if(current==owner.get()) {
            count++;
            return ;
        }

        while(!owner.compareAndSet(null, current)){
        }
    }
    
    public void unlock (){
        Thread current = Thread.currentThread();
        if(current==owner.get()){
            if(count!=0){
                count--;
            }else{
                owner.compareAndSet(current, null);
            }
        }
    }
}

3. 参考资料

1. Java锁的种类以及辨析（四）：可重入锁
2. 面试必问的CAS，你懂了吗？