ReentrantLock获取锁释放锁源码浅析

Posted 2022-01-17 lay2017

JUC包下的ReentrantLock是基于Aqs模板实现的，它区分公平锁和非公平锁，内部实现了两个同步器，本文关注非公平锁部分。

伪代码

我们先看两个伪代码：

1、获取锁

 1 if(获取锁成功) 
 2     return
 3  else 
 4     加入等待队列
 5     for(死循环) 
 6         if (获取到锁) 
 7             return
 8          
 9         阻塞线程
10     
11 

我们看到，如果一次获取成功则结束，如果没有获取成功将进入循环中，并且当前线程阻塞直到被唤醒并且获取到锁才结束。

2、释放锁

1 if(释放锁) 
2     唤醒等待队列中阻塞的首个线程
3 

释放锁的逻辑比较简单，如果当前锁释放了，唤醒下一个。

DEMO

通过伪代码了解了ReentrantLock基本原理以后，我们从一个DEMO入手，看看它的源码实现

获取锁

DEMO中初始化了一个ReentrantLock实例，并且调用了lock()方法，在结束的时候调用了unlock()方法。我们先进入lock()方法看看互斥锁是怎么加锁的

ReentrantLock内部调用了一个sync对象的lock()方法，我们看看sync是什么

这里Sync是一个继承了Aqs模板的同步器抽象类，Sync有两个实现类，一个是非公平锁实现

一个是公平锁实现

好吧，简单来说就是ReentrantLock在初始化的时候构造了一个NonfairSync或者FairSync对象。并且在调用lock()方法的时候，其实是去调用这个Sync实例对象的lock()方法而实现的加锁操作。那么我们就看看Sync实例是怎么实现加锁的，进入NonfairSync的lock方法。

lock()方法先取执行了一个CAS操作，把一个state变量从0设置为1，state变量是声明在Aqs模板的成员变量

ReentrantLock在设计的时候认为state > 0的时候表示锁被持有，state = 0的时候表示锁没有持有者。所以这里的cas机制做了一次尝试获取锁的操作。如果获取成功了，那么就将当前线程设置为锁的持有者。如果设置失败了，意味着当前有持有者，那么调用Aqs的acquire方法去获取，我们看看Aqs的acquire方法做了什么

acquire方法，先尝试tryAcquire获取一次锁，如果获取成功则结束，我们看看NonfairSync怎么实现tryAcquire的

逻辑也很简单，采用CAS做了一次设置，如果是重入的话，那么state + 1。

如果失败先调用addWaiter方法，再调用acquireQueued方法。我们先看看addWaiter做了什么

我们看到，Thread被包装成了一个Node节点，Aqs中是使用链表的方式来实现等待队列的，如

总之，当前节点将会被添加到队列的尾巴，如果没有添加成功调用enq()方法，我们看看enq方法

enq方法其实就是通过自旋操作保证添加到队列的尾巴，所以addWaiter的核心就是没有获取到锁的线程被加入到队列中。我们再回到acquire方法中看看acquireQueued在addWaiter做了什么

acquireQueued方法的逻辑比较简单，其实就是在一个for循环中自旋，如果轮到当前节点了，那么就跳出循环。否则被阻塞，直接被唤醒重新自旋。

以上获取锁的源码，与一开始的伪代码逻辑是一样的，如果获取到锁那么state设置为1，重入再+1。如果获取锁失败，那么Thread被包装成Node加入到链表的最尾巴。并且在for循环里面判断是否轮到当前Node获取锁了。

释放锁

 下面再看看ReentrantLock的unlock方法

跟lock一样，直接调用了Sync同步器的release方法

释放的逻辑比较简单，先调用了一次tryRelease，如果成功的话将等待队列里面的下个线程唤醒就结束了。我们看看NonfairSync是怎么实现tryRelease的吧

其实就是把state扣减，如果等于0的话，意味着完全释放锁，那么把独占锁的线程设置为null即可。

总结

从ReentrantLock中，我们看到它基于Aqs实现了Sync同步器，而同步器基本上只是实现了一个tryAcquire方法和tryRelease方法，他们分别会被Aqs中的acquire方法和release方法调用。其它的逻辑，比如入队出队全都被Aqs自己实现了。同时我们还看到了Aqs中多出使用CAS机制来控制数据的更改。另外Aqs提供一个state变量给我们，我们至于怎么使用它需要我们自己设计，比如ReentrantLock将state > 0设计为获取锁，state = 0设计为没有任何获取锁的线程。