前言
写这篇文章之前,还是先安利一本书:《java并发编程的艺术》。这本书对锁的实现的很多细节都解释的还是很清楚的,加上自己配合源码进行理解,读懂ReentrantLock这个类的实现应该不是那么困难。本文只对独占模式进行分析。
一行行分析ReentrantLock源码
直接步入正题，先贴一段代码看看如何使用ReentrantLock：
public class ReentrantLockTest {
public static void main(String[] args) {
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true); //1
lock.lock(); //2
try {
//do something
} finally {
lock.unlock(); //3
}
}
}
ReentrantLock的构造
上面代码的步骤1是调用ReentrantLock构造方法进行初始化,这里ReentrantLock给我们提供了两种锁的实现,一个是公平锁,一个是非公平锁。这两种锁顾名思义,一个排队干活,一个抢着干~~
//默认构造函数,得到的是非公平锁的实现
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
//传入true得到公平锁的实现,传入false则得到公平锁的实现
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
lock方法的解析
ReentrantLock锁的使用的入口在lock方法,下面咱们针对公平锁lock方法的实现进行分析一波(能看懂这个相信对非公平锁的lock的实现的理解也就不会有什么难度了)。
这里我把所有的方法都放在一起,方便大家阅读:
//这里在并发情况下会有竞争
final void lock() {
acquire(1);
}
//来至于父类AQS中
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
//公平锁自身提供的实现方法,来保证锁的获取是按照FIFO原则.也就是队列模型,先入先出。
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
//获取当前线程
final Thread current = Thread.currentThread();
//拿到锁标记的状态值，为0则代表这把锁没人占用
int c = getState();
if (c == 0) {
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
//将干活的人的身份标记一下
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
//这里是重入锁的关键代码，只要是获取锁的线程再次去拿这把锁，则可以直接获取成功，
//并将state的值+1后重新设置，供后面释放锁的时候进行多次释放使用。
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
//这里有个优雅的小细节：咱们发现设置状态时并没有使用compareAndSetState这种方法，
//而是直接设置。那是因为在这种条件下不会有竞争，只可能是获取锁的线程才能去改变这个值。
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
//用来判断是否在它之前已经有人排在队列当中了，如果有，则返回true
public final boolean hasQueuedPredecessors() {
Node t = tail;
Node h = head;
Node s;
//这里返回时的判断条件可能有点难理解。假设当前是A线程。
//1.第一种情况发生在有一个B线程进度比A快，已经准备开始排队了。可以看下面addWaiter方法
//的调用，在进行compareAndSetTail交换后，有可能还没来得及将pred.next指向这个新节点node，
//这个时候说明已经有人在A线程前面去排队拿锁了。
//2.第二种情况简单明了。A线程不是排在队列的第一个的，也证明了有人排在他前面了。
return h != t &&
((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}
//用来添加新的节点到队列的尾部。
private Node addWaiter(Node mode) {
//根据传进来的参数mode=Node.EXCLUSIVE,表示将要构造一个独占锁。
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
Node pred = tail;
//tail为空的情况下直接调用enq方法去进行head和tail的初始化。
if (pred != null) {
//tail不为空的情况下，将新构造节点的前驱设置为原尾部节点。
node.prev = pred;
//使用CAS进行交换，如果成功，则将原尾部节点的后继节点设置为新节点，做双向列表关联；
//（这里要注意一点，交换成功的同时有其他线程读取该列表，有可能读取不到新节点。例如A线程
//执行完下方步骤1后，还未执行步骤2，遍历的时候将会获取不到新节点，这也是
//hasQueuedPredecessors方法中的第一种情况）
//如果不成功，则代表有竞争，有其他线程修改了尾部,则去调用下方enq方法
if (compareAndSetTail(pred, node)) { //1
pred.next = node; //2
return node;
}
}
enq(node);
return node;
}
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { // Must initialize
//初始化head和tail，初始化完成后，会继续执行外面的死循环，进行compareAndSetTail将
//新节点设置到尾部，和上述执行流程一样，这里就不详述了。
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
//再进行一次尝试和进入堵塞
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
//获取当前node的前驱
final Node p = node.predecessor();
//如果前驱是head的话就再进行一次尝试，这种设计会节约很多的资源。
//这里尝试成功后该线程就不会有后续的park和unpark之说了。
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
//如果获取成功就将head设置成当前node，并将存储的thread和prev都清空
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
//来判断进行尝试获取失败后是否进行park
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
//node的waitStatus初始化都是0
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL)
//第一次进来肯定不是-1状态的，需要compareAndSetWaitStatus方法进行设置后才会是-1
return true;
if (ws > 0) {
//这里的作用是用来剔除被cancel后的节点，只要是cancel后的节点waitStatus 都会被标记成1。
//用该状态来过滤掉这些节点。
//由于节点的唤醒是由它的prev节点来进行唤醒的，我们必须要保证它的prev是处于活着的状态
//所以这里一直遍历往上找，总会找到一个正常的prev来帮助其unpark。
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
//设置prev为-1状态，（该状态下能够唤醒它的下一个去干活)。
//这里结束后会跳到acquireQueued的死循环再次循环一次。
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}
//要执行这个方法的前提是shouldParkAfterFailedAcquire这个方法必须返回true
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();
}
//阻塞线程的方法
public static void park(Object blocker) {
Thread t = Thread.currentThread();
// 设置Blocker，设置为当前lock。
setBlocker(t, blocker);
// 等待获取许可，这里会进行堵塞，直到有人帮忙调用该线程的unpark方法才会获取到许可，
//并继续走下面的流程。
UNSAFE.park(false, 0L);
// 设置Blocker，将该线程的parkBlocker字段设置为null，这个是在线程被唤醒后执行的。
setBlocker(t, null);
}
unlock方法的解析
//调用该方法进行解锁
public void unlock() {
sync.release(1);
}
//改变state的值并唤醒队列中的下一个线程来干活
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
//这里会判断头部是不是null,并看其waitStatus 状态是否有唤醒它的后继节点的资格。
//这里的头部其实也就是当前线程所代表的节点。
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
//尝试着释放锁
protected final boolean tryRelease(int releases) {
//将锁标记state的值-1
int c = getState() - releases;
//如果干活的人和自己的身份不一致，则抛异常出去
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
//这里判断状态-1后是不是等于0。
//如果不是，则代表重入了很多次，锁暂时不释放。
//如果是，则将free置为true，释放锁，将身份标记置为null。
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
setState(c);
return free;
}
//去唤醒后继节点中的thread来干活
private void unparkSuccessor(Node node) {
int ws = node.waitStatus;
//如果head中的waitStatus<0，则置为0
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
//这里会检查head的下一个节点是不是null以及是否是cancel状态
Node s = node.next;
if (s == null || s.waitStatus > 0) {
//如果next是cancel状态，则将s置为空，并重队列尾部进行往前遍历，直到找到最后
//一个waitStatus <=0的node来做为next节点去唤醒
s = null;
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
if (s != null)
//去唤醒s指向的next节点，调用这里可以让UNSAFE.park(false, 0L);处的线程获取到许可。
//到这里解锁的功能就执行完毕了~
LockSupport.unpark(s.thread);
}
总结
ReentrantLock.png
扩展
扩展个ReentrantReadWriteLock 读锁获取锁的流程图
ReentrantReadWriteLock.png
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