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阅读优秀的源码是提升编程技巧的重要手段之一。
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如果需要使用或者了解ReentrantLock
,证明已经步入并发编程领域了,这里理论基础不多提,需要的自行查阅资料。
但是,相关术语还是要做一下描述的。
ReentrantLock:可重入锁AQS:AbstractQueuedSynchronized 抽象类,队列式同步器CAS:Compare and Swap, 比较并交换值CLH队列:The wait queue is a variant of a "CLH" (Craig, Landin, and * Hagersten) lock queue.
首先,贴图大家感受一下。
其中Sync
是ReentrantLock
的抽象静态内部类,提供了锁的同步措施,具体实现有NonFairSync
和FairSync
,分别为公平和非公平锁。
从图中我们可以看出,ReentrantLock
是实现了Lock
接口和Serializable
接口,Serializable
是Java的序列化接口,这里我们不多做讨论。
那么,开始源码的阅读了~
首先,先看下Lock
接口提供的方法(篇幅所限,这里将源码注释去掉),大致可分为三类:获取锁、释放锁、新建条件(可用于高级应用,如等待/唤醒)。 public interface Lock { /** * 获取锁,若获取失败则进行等待 */ void lock(); /** * 可中断锁 */ void lockInterruptibly() throws InterruptedException; /** * 获取锁,立即返回,成功返回true,否则false */ boolean tryLock(); /** * 获取锁,若获取失败则在指定时间内等待,成功返回true,否则false */ boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException; /** * 释放锁 */ void unlock(); /** * 新建条件,可用与高级应用 */ Condition newCondition();}
接下来我们具体看下ReentrantLock
的实现。
public void lock() { sync.lock(); }
可以看到ReentrantLock
的lock方法,是调用静态内部类sysc
的lock方法的,而sync
的lock
方法是抽象方法,具体的实现有两个,NonfairSync
(非公平锁)和FairSync
(公平锁),我们先来看NonFairSync
的实现
final void lock() { if (compareAndSetState(0, 1)) setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); else acquire(1);}
compareAndSetState(0,1)
这个方法是由sysn
的父类AbstractQueuedSynchronizer
来实现的,也是我们通常说的AQS
,而compareAndSetState
方法的具体实现是由Unsafe提供的。
Unfafe
类的compareAndSwap*
系列方法,是虚拟机的本地方法实现,具体的实现不在我们的讨论范围内,简单介绍一下作用,该方法的的作用如下:调用该方法时,若value值与expect值相等,则将value修改为update值,并返回true;若value值与expect值不相等,那么不做任何操作,并返回false,这也就是我们常说的CAS
操作,至于存在的ABA
等问题和解决方案,有兴趣的可以自己搜索资料。 protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) { // See below for intrinsics setup to support this return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);}
lock
方法执行完CAS
操作后
若得的一个true返回,则会执行setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
,该方法作用是为锁设置独占线程,其实也就是一个赋值操作,如下:
protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) { exclusiveOwnerThread = thread; }
若CAS
操作返回一个false,则执行acquire
方法
public final void acquire(int arg) { if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt(); }
从上面源码可以看出,若tryAcquire
失败并且acquireQueued
返回true中断标识的话,将会中断当前线程。
tryAcquire
,方法的作用大致如下:判断锁的state
值,若当前未有其他线程持有该锁,则执行CAS
操作,成功后则设置独占线程;若发现该锁已被线程持有,则判断持有线程是不是当前线程,若是则允许重入,并判断重入的次数是否超过限制,重入成功后修改state
并返回一个true布尔值。 protected final boolean tryAcquire(int acquires) { return nonfairTryAcquire(acquires);}final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { if (compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) // overflow throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false;}
接下来看一下acquireQueued
和addWaiter
方法,作用描述如下,利用addWaiter
方法,将当前线程作为一个节点Node
加入的CLH队列(The wait queue is a variant of a "CLH" (Craig, Landin, and
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { //失败标志 boolean failed = true; try { //是否中断标志 boolean interrupted = false; for (;;) { //获取前置节点 final Node p = node.predecessor(); //如果前置节点为首节点,并且当前线程能够成功获取锁 if (p == head && tryAcquire(arg)) { //将当前节点设置为首节点 setHead(node); p.next = null; //help GC,前首节点出队,帮助GC failed = false; return interrupted; } //判断是否可以阻塞线程并做相应操作,下面具体阅读这几个方法 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { //判断是否获取失败 if (failed) cancelAcquire(node); }}private Node addWaiter(Node mode) { //封装成node Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); // 获取队列尾节点(作为当前节点的前置节点) Node pred = tail; //如果尾节点不为空 if (pred != null) { //设置当前节点的前置节点 node.prev = pred; //CAS操作,设置队列尾部 if (compareAndSetTail(pred, node)) { pred.next = node; return node; } } //尾节点为null,调用enq方法 enq(node); //返回当前节点 return node;} private Node enq(final Node node) { for (;;) { Node t = tail; //尾节点为null if (t == null) { // Must initialize //通过CAS操作设置首节点 if (compareAndSetHead(new Node())) //将首节点赋值给尾节点(初始化) tail = head; } else { //设置当前节点的前置节点 node.prev = t; //通过CAS操作设置尾节点 if (compareAndSetTail(t, node)) { t.next = node; return t; } } }}
接下来是shouldParkAfterFailedAcquire
和parkAndCheckInterrupt
方法
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) { //获取前置节点的等待状态 int ws = pred.waitStatus; //如果为SIGNAL if (ws == Node.SIGNAL) /* * This node has already set status asking a release * to signal it, so it can safely park. */ //只有当前置节点的状态位SIGNAL的话,当前节点才能进入阻塞,并等待前置节点的唤醒 return true; if (ws > 0) { /* * Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and * indicate retry. */ //如果前置节点为取消状态,则不断往前搜索并找到SIGNAL状态的节点,并加在其后面 do { node.prev = pred = pred.prev; } while (pred.waitStatus > 0); pred.next = node; } else { /* * waitStatus must be 0 or PROPAGATE. Indicate that we * need a signal, but don't park yet. Caller will need to * retry to make sure it cannot acquire before parking. */ //通过CAS操作设置前置节点的等待状态位SIGNAL compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL); } return false;}/** * 如果上面的方法调用返回true,则代表当前节点可以进入阻塞/等待 */private final boolean parkAndCheckInterrupt() { //通过LockSupport类的park方法来阻塞当前线程 LockSupport.park(this); //被唤醒后,返回中断标志 return Thread.interrupted();} /** * 这里的阻塞具体实现是JVM虚拟机的本地实现,有兴趣者可以自行研究 */public static void park(Object blocker) { Thread t = Thread.currentThread(); setBlocker(t, blocker); UNSAFE.park(false, 0L); setBlocker(t, null);}
看到这里,会有点困惑,如果没有成功获取到锁的线程进入了阻塞状态,那么它什么时候被唤醒呢?
这里有一个不得不提的点,如果使用lock方法来进行加锁,那么必须成对地使用unlock来释放锁,否则容易导致死锁,一般都是在try-catch-finally进行锁的释放。所以,等待线程的被唤醒是由持有锁的线程调用unlock
后触发的。
接下来,从unlock
入手来具体看下源码,可以看到unlock
方法是调用sync.release(1)
实现的,还是以开头的NonFairSync
(非公平锁)的实现来看,
① 解锁public void unlock() { sync.release(1);}② 释放锁public final boolean release(int arg) { //判断是否释放成功 if (tryRelease(arg)) { Node h = head; //判断CLH队列的首节点是否为null,并判断等待状态是否正常 if (h != null && h.waitStatus != 0) //唤醒节点 unparkSuccessor(h); return true; } return false;}③ 释放锁,并唤醒CLH队列中的合法首节点protected final boolean tryRelease(int releases) { //计算state和释放数量的差值 int c = getState() - releases; //判断线程是否是锁持有者 if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) throw new IllegalMonitorStateException(); //初始化释放结果 boolean free = false; //如果当前线程未重入,释放成功 if (c == 0) { free = true; //释放锁持有的线程 setExclusiveOwnerThread(null); } setState(c); return free;}④ 唤醒阻塞/等待的节点private void unparkSuccessor(Node node) { /* * If status is negative (i.e., possibly needing signal) try * to clear in anticipation of signalling. It is OK if this * fails or if status is changed by waiting thread. */ //获取节点等待状态 int ws = node.waitStatus; if (ws < 0) compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); /* * Thread to unpark is held in successor, which is normally * just the next node. But if cancelled or apparently null, * traverse backwards from tail to find the actual * non-cancelled successor. */ //获取后置节点 Node s = node.next; //后置节点为null或者为取消状态 if (s == null || s.waitStatus > 0) { s = null; //从尾部向前获取到一个不为null且状态不是取消的节点 for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) if (t.waitStatus <= 0) s = t; } //唤醒该节点 if (s != null) LockSupport.unpark(s.thread);}
被唤醒后的节点,返回是否被中断过的标志,在acquireQueued
方法内继续执行循环获取锁的流程。
到这里,NonfairSync非公平锁的分析基本上就告一段落了,而关于FairSync的公平机制,有兴趣的可以去阅读下,实现的机制大同小异。
以上,就是Java可重入锁ReentrantLock的lock和unLock源码分析,膜拜Java源码大神。
1、Lock提供lock
、lockInterruptibly
、tryLock()
、tryLock(long time, TimeUnit unit)
、unlock
、newCondition
五个方法;
2、lock
和unlock
必须成对调用;
3、ReentrantLock实现了Lock和Serializable两个接口;
4、Sync是ReentrantLock的静态内部类,提供了公平锁(FairSync)和非公平锁(NonFairSync)的实现。
5、CAS操作是基于JVM提供的本地方法实现。
6、待补充
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