Java多线程——重入锁ReentrantLock源码阅读

上一章《AQS源码阅读》讲了AQS框架,这次讲讲它的应用类(注意不是子类实现,待会细讲)。
ReentrantLock,顾名思义重入锁,但什么是重入,这个锁到底是怎样的,我们来看看类的注解说明

ReentrantLock与隐式锁synchronized功能相同,但ReentrantLock更具有扩展性。
《锁优化》里提到Java在1.6对隐式锁synchronized做了锁的优化,使其性能与显式锁性能相差无异。所以在两者的选择上,更多的是考虑用法,以及功能上的扩展。

ReentrantLock是线程独占的,不能与其他线程共享。所谓的重入,就是当本线程想再次获得锁,不需要重新申请,它本身就已经锁了,即重入该锁。

为什么会允许锁重入呢?因为该线程已经拥有锁了,不会受其他线程干扰,那么里面的共享变量就不会因为多线程执行造成线程不安全。相当于代码已经在串行执行了,没必要再申请多余的锁了,而是重入当前的锁。

ReentrantLock会提供一个公平锁的模式,如果选择这个模式,会尽量使得获取锁是公平的,先来先得,但不一定严格按顺序。

如果选择了公平锁,性能上会比不使用(默认)低一些。没有一定保证顺序,同时也降性能,所以如果没有特别的要求,尽量使用默认的非公平锁。

现在基于以上的认识,来看看ReentrantLock的基本实现吧。

ReentrantLock概览

ReentrantLock是实现Lock接口的。所以主要的方法就是Lock接口定义的方法,包括lock()、tryLock()、unlock()、newCondition()等。

lock()与tryLock()的区别就是前者会一直等到直到获取锁,后者则是尝试在当时获取锁,不会重复去申请获取。
这个newCondition()感觉比较突兀,看起来完全不了解有什么用,和Lock有什么关系,我们后面再详细了解。

ReentrantLock里面有一个最核心的成员变量,sync。sync的类型就是内部类Sync。它是AQS的子类,也就是说它就是实现ReentrantLock同步的工具。而FairSync和unFairSync则是Sync的子类,封装了是否公平的功能,用于赋值给sync成员变量。

Sync同步器

Sync是继承上文所介绍的AQS,是ReentrantLock里面的NonfairSync和FairSync的父类。
看注解可以知道,Sync用了AQS的state(状态原子值)来标识锁被持有的数量。

在AQS中,tryRelease()是没有定义的,所以在Sync中重写了。

先判断下申请解锁的线程是否独占锁的线程,否则抛出异常退出。
然后计算新的state值,用当前state减去releases值。对于state值和releases值到底是多少,这里可以先留个悬念,但大家可以思考下上面注解的定义也可以大概猜出来。
最后判断新state值是否为0,为0则没有线程占用,所以设当前独占线程为空,并且更新state。这里更新state值并不需要用CAS原子操作,因为只有一个线程会占用这个锁,不是这个线程都异常退出了。

AQS中核心的tryAcquire()方法并没有在这里实现,因为子类NonfaiSync和FairSync的实现并不一样。但这里同样需要用到nonfairTryAcquire,所以抽象出来了。但为什么同样需要,暂时不得而知,带着问题后面再看看。
先判断当前锁的state是否为0,为0则表示没人获取,然后通过CAS更新为acquires值(依然不知道值是多少),同时更新当前线程为锁的独占线程。
如果state不为0,则表示有线程已经占有了。但可能占有的线程是当前线程,那么当前的state会加上acquires值。
这里很容易就看出来state就是代表重入的次数!所以上面的谜题就解开了,releases,aquires都是代表每次申请的值,在ReentrantLock肯定都是1,他们的计算总值就是原子值state。
如果state不为0,也不是被当前线程占用,那么返回false获取失败。

NonfairSync

没啥特别的,直接调用Sync的方法。也没做修改。

FairSync

公平锁的同步器。只有当递归调用或者没有其他等待者,再或者他自己本身排第一才能获取锁。
这话比较绕口,大概意思应该是不停地轮询申请锁,直到自己排到队列的第一才能获取。

乍看一看,这个方法基本和父类Sync的nonfairTryAcquire()一样,唯一不同点就是在没有线程占用的时候(state=0),多了个!hasQueuedPredecessors()前置判断。

这个方法用来判断是否队列为空,或者当前线程是否在队列的最前面。
所以公平锁模式下,想要能获取锁,除非自己排在队列的最前面。
综上看,FairSync根本没有调用到nonfairTryAcquire(),为何说子类都需要用到呢?继续留着悬念,后面解答。

@ReservedStackAccess

可以看到上面介绍的tryAcquire()和tryRelease()都有@ReservedStackAccess。这个注解到底有什么用?
查找了下资料,这个是JEP 270添加的新注解。它会保护被注解的方法,通过添加一些额外的空间,防止在多线程运行的时候出现栈溢出。具体看下图

lock()、tryLock()成员函数

ReentrantLock里面的lock()方法是调用成员变量sync的acquire()。
无论是否公平锁都是直接调用AQS的acquire()方法,不过就是各自有tryAcuqire()的重写,即上文所说的内容。
参数1,是透传给tryAcquire()的,所以这里代表是入锁一次的意思。

而tryLock()调用的是成员变量sync的nonfairTryAcquire()。上文说到Sync内部类抽象了这个方法出来,说到子类都会用到,说的正是tryLock()方法需要用到。
所以显而易见的,无论是否公平锁,调用tryLock()都是用的非公平锁的方法。为什么呢?
因为tryLock()的try只是尝试,无论是否公平,对于方法来说没有必要,只是尝试申请的时候能否获取锁而已。

至于其他成员函数,大都是围绕获取线程和队列的状态,没什么特别的,在这里不再赘述,有兴趣的可以看看源码。

总结

回顾下要点

  1. ReentrantLock是一个可重入的锁(被当前占用的线程重入)。
  2. 它有两种模式公平与非公平,通过NonfairSync和FairSync赋值sync成员变量实现。
  3. 两种模式都是AQS的子类,通过重写tryAcquire()区别不同。公平锁多了是否在队列的头的判断。
  4. tryLock()方法没有区分模式,都是一样的。

上文提到的newCondition()还没有涉及到,等后续再起一章节说下这个Condition。

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