ReentrantLock 重入锁简介

重入锁 ReentrantLock,顾名思义,就是支持同一个线程对资源的重复加锁。另外,该锁还支持获取锁时的公平与非公平性的选择。

重入锁 ReentrantLock,只支持独占方式的获取操作,因此它只实现了 tryAcquire、tryRelease 和 isHeldExclusively 方法。

ReentrantLock 如何实现锁重入

锁重入是指任意线程在获取到锁之后,能够再次获取该锁而不会被锁所阻塞,该特性的实现需要解决两个问题:

1、线程再次获取锁

需要识别获取锁的线程是否为当期占有锁的线程,如果是,则便获取锁成功

2、锁最终得到释放

同一个线程重复 n 次获得了锁,在第 n 次释放该锁后,其它线程能够获取到该锁。锁的最终释放要求锁对于获取进行计数,计数表示当前锁被重复获取的次数,而锁被释放时,计数自减,当计数等于0时,表示锁已经成功释放


ReentrantLock 是通过自定义同步器来实现所得获取和释放,默认使用非公平性,下面就以非公平性获取锁为例,学习重入锁是如何实现的:

 final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
//当前线程
final Thread current = Thread.currentThread();
//当前同步状态
int c = getState();
//当前同步状态等于0,说明当前线程可以获取同步状态
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
//设置锁的拥有这位当前线程
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
//当前线程拥有锁并且再次请求,同步状态的值增加
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}

通过判断当前线程是否为获取锁的线程来决定获取操作是否成功,如果是获取锁的线程,则将同步状态值进行累加并返回true,表示获取同步状态成功。

成功获取锁的线程再次获取锁,只是增加了同步状态值,这也就要求在释放同步状态时递减同步状态的值。如下,释放锁的代码:

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;
}

如果该锁被获取了n次, 那么前( n- 1) 次 tryRelease( int releases) 方法必须返回false,只有同步状态完全释放了,才能返回tru。 该方法将同步状态 是否为 0 作为作为最终释放的条件,当同步状态为0时,将该锁的拥有者线程设置为null,并返回true,表示成功释放。

ReentrantLock 如何实现锁的公平性与非公平性

公平性与否是针对获取锁而言的,如果一个锁时公平的,那么锁的获取顺序就应该服务请求时间的顺序,也就是FIFO。

由上文介绍的非公平获取锁方法 nonfairTryAcquire( int acquires) 可知,只要CAS设置同步状态成功,则表示线程获取了锁,而公平锁则不同,如代码所示:

static final class FairSync extends Sync {

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
}

该方法与 nonfairTryAcquire( int acquires) 的区别在于多了hasQueuedPredecessors() 方法,即加入了同步队列中当前节点是否有前驱节点的判断,如果该方法返回true,则表示有线程比当前线程更早的请求了锁,因此需要等待前驱线程获取并释放锁之后才能继续获取锁。

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