怎么理解ReentrantLock
这篇文章主要介绍“怎么理解ReentrantLock”，在日常操作中，相信很多人在怎么理解ReentrantLock问题上存在疑惑，小编查阅了各式资料，整理出简单好用的操作方法，希望对大家解答”怎么理解ReentrantLock”的疑惑有所帮助！接下来，请跟着小编一起来学习吧！
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ReentrantLock 是可重入锁
啥是可重入锁呢?比如：线程 1 通过调用 lock() 方法获取锁之后，再调用 lock 时，就不会再进行阻塞获取锁，而是直接增加重试次数。
还记得 synchronized 吗?它有 monitorenter 和 monitorexit 两种指令来保证锁，而它们的作用可以理解为每个锁对象拥有一个锁计数器，也就是如果再次调用 lock() 方法，计数器会进行加 1 操作
所以， synchronized 和 ReentrantLock 都是可重入锁
ReentrantLock 与 synchronized 区别
既然 synchronized 和 ReentrantLock 都是可重入锁，那 ReentrantLock 与 synchronized 有什么区别呢?
synchronized 是 Java 语言层面提供的语法，所以不需要考虑异常;ReentrantLock 是 Java 代码实现的锁，所以必须先要获取锁，然后再正确释放锁
synchronized 在获取锁时必须一直等待没有额外的尝试机制;ReentrantLock 可以尝试获取锁(这一点等下分析源码时会看到)
ReentrantLock 支持获取锁时的公平和非公平选择
不 BB 了，直接上源码
lock & NonfairSync & FairSync 详解
public void lock() { sync.lock(); }其中， sync 是 ReentrantLock 的静态内部类，它继承 AQS 来实现重入锁的逻辑， Sync 有两个具体实现类: NonfairSync 和 FairSync
NonfairSync
先来看一下 NonfairSync :
static final class NonfairSync extends Sync { private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L; /** * Performs lock. Try immediate barge, backing up to normal * acquire on failure. */ // 重写 Sync 的 lock 方法 final void lock() { // 先不管其他,上来就先 CAS 操作,尝试抢占一下锁 if (compareAndSetState(0, 1)) // 如果抢占成功,就获得了锁 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); else // 没有抢占成功,调用 acquire() 方法,走里面的逻辑 acquire(1); } // 重写了 AQS 的 tryAcquire 方法 protected final boolean tryAcquire(int acquires) { return nonfairTryAcquire(acquires); } }FairSync
接下来看一下 FairSync :
static final class FairSync extends Sync { private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L; // 重写 Sync 的 lock 方法 final void lock() { acquire(1); } /** * Fair version of tryAcquire. Don't grant access unless * recursive call or no waiters or is first. */ // 重写了 Sync 的 tryAcquire 方法 protected final boolean tryAcquire(int acquires) { // 获取当前执行的线程 final Thread current = Thread.currentThread(); // 获取 state 的值 int c = getState(); // 在无锁状态下 if (c == 0) { // 没有前驱节点且替换 state 的值成功时 if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) { // 保存当前获得锁的线程,下次再来时,就不需要尝试竞争锁,直接重入即可 setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { // 如果是同一个线程来获得锁,直接增加重入次数即可 int nextc = c + acquires; // nextc 小于 0 ,抛异常 if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); // 获取锁成功 return true; } // 获取锁失败 return false; } }总结 NonfairSync 与 FairSync
到这里，应该就比较清楚了， Sync 有两个具体的实现类，分别是:
NonfairSync :可以抢占锁，调用 NonfairSync 时，不管当前队列上有没有其他线程在等待，上来我就先 CAS 操作一番，成功了就获得了锁，没有成功就走 acquire 的逻辑;在释放锁资源时，走的是 Sync.nonfairTryAcquire 方法
FairSync :所有线程按照 FIFO 来获取锁，在 lock 方法中，没有 CAS 尝试，直接就是 acquire 的逻辑;在释放资源时，走的是自己的 tryAcquire 逻辑
接下来咱们看看 NonfairSync 和 FairSync 是如何获取锁的
ReentrantLock 获取锁
NonfairSync.lock()
在 NonfairSync 中，获取锁的方法是:
final void lock() { // 不管别的,上来就先 CAS 操作,尝试抢占一下锁 if (compareAndSetState(0, 1)) // 如果抢占成功,就获得了锁 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); else // 没有抢占成功,调用 acquire() 方法,走里面的逻辑 acquire(1); }if 里面没啥说的，咱们来看看 acquire() 方法
AQS.acquire()
acquire 是 AQS 的核心方法：
public final void acquire(int arg) { if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt(); }在这里，会先 tryAcquire 去尝试获取锁，如果获取成功，那就返回 true ，如果失败就通过 addWaiter 方法，将当前线程封装成 Node 插入到等待队列中
先来看 tryAcquire 方法:
NonfairSync.tryAcquire(arg)
在 AQS 中 tryAcquire 方法没有具体实现，只是抛出了异常:
protected boolean tryAcquire(int arg) { throw new UnsupportedOperationException(); }NonfairSync 中的 tryAcquire() 方法，才是我们想要看的:
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { // 获取当前执行的线程 final Thread current = Thread.currentThread(); // 获取 state 的值 int c = getState(); // 当 state 为 0 是,说明此时为无锁状态 if (c == 0) { // CAS 替换 state 的值,如果 CAS 成功,则获取锁成功 if (compareAndSetState(0, acquires)) { // 保存当前获得锁的线程,当该线程再次获得锁时,直接重入即可 setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } // 判断是否是同一个线程来竞争锁 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { // 如果是,直接增加重入次数 int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) // overflow throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); // 获取锁成功 return true; } // 获取锁失败 return false; }有没有一种似曾相识的赶脚?在 FairSync 那里，分析过 90% 的代码(好像说分析过 99% 的代码也不过分)，只是 FairSync 多了一个判断就是，是否有前驱节点
tryAcquire 分析完毕了，接下来看 addWaiter 方法
AQS.addWaiter
如果 tryAcquire() 方法获取锁成功，那就直接执行线程的任务就可以了，执行完毕释放锁
如果获取锁失败，就会调用 addWaiter 方法，将当前线程插入到等待队列中，插入的逻辑大概是这样的:
将当前线程封装成 Node 节点
当前链表中 tail 节点(也就是下面的 pred )是否为空，如果不为空，则 CAS 操作将当前线程的 node 添加到 AQS 队列
如果为空，或者 CAS 操作失败，则调用 enq 方法，再次自旋插入
咱们看具体的代码实现:
private Node addWaiter(Node mode) { // 生成该线程所对应的 Node 节点 Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); // 将 Node 插入队列中 Node pred = tail; // 如果 pred 不为空 if (pred != null) { node.prev = pred; // 使用 CAS 操作,如果成功就返回 if (compareAndSetTail(pred, node)) { pred.next = node; return node; } } // 如果 pred == null 或者 CAS 操作失败,则调用 enq 方法再次自旋插入 enq(node); return node; } // 自旋 CAS 插入等待队列 private Node enq(final Node node) { for (;;) { Node t = tail; if (t == null) { // Must initialize // 必须初始化,使用 CAS 操作进行初始化 if (compareAndSetHead(new Node())) // 初始化状态时,头尾节点指向同一节点 tail = head; } else { node.prev = t; // 如果刚开始就是初始化好的,直接 CAS 操作,将 Node 插入到队尾即可 if (compareAndSetTail(t, node)) { t.next = node; return t; } } } }AQS.acquireQueued
通过 addWaiter 将当前线程加入到队列中之后，会走 acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg) 方法
acquireQueued 方法实现的主要逻辑是:
获取当前节点的前驱节点 p
如果节点 p 为 head 节点，说明当前节点为第二个节点，那么它就可以尝试获取锁，调用 tryAcquire 方法尝试进行获取
调用 tryAcquire 方法获取锁成功之后，就将 head 指向自己，原来的节点 p 就需要从队列中删除
如果获取锁失败，则调用 shouldParkAfterFailedAcquire 或者 parkAndCheckInterrupt 方法来决定后面操作
最后，通过 cancelAcquire 方法取消获得锁 看具体的代码实现:
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { boolean failed = true; try { boolean interrupted = false; for (;;) { final Node p = node.predecessor(); // 如果 Node 的前驱节点 p 是 head,说明 Node 是第二个节点,那么它就可以尝试获取锁 if (p == head && tryAcquire(arg)) { // 如果锁获取成功,则将 head 指向自己 setHead(node); // 锁获取成功之后,将 next 指向 null ,即将节点 p 从队列中移除 p.next = null; // help GC failed = false; return interrupted; } // 节点进入等待队列后,调用 shouldParkAfterFailedAcquire 或者 parkAndCheckInterrupt 方法 // 进入阻塞状态,即只有头结点的线程处于活跃状态 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { if (failed) cancelAcquire(node); } }shouldParkAfterFailedAcquire
线程获取锁失败之后，会通过调用 shouldParkAfterFailedAcquire 方法，来决定这个线程要不要挂起
shouldParkAfterFailedAcquire 方法实现的主要逻辑:
首先判断 pred 的状态是否为 SIGNAL ，如果是，则直接挂起即可
如果 pred 的状态大于 0 ，说明该节点被取消了，那么直接从队列中移除即可
如果 pred 的状态不是 SIGNAL 也不大于 0 ，进行 CAS 操作修改节点状态为 SIGNAL ，返回 false ，也就是不需要挂起
看一下代码是如何实现的:
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) { // 获取 pred 的状态 int ws = pred.waitStatus; // 如果状态为 SIGNAL ,那么直接返回 true ,挂起线程即可 if (ws == Node.SIGNAL) return true; // 如果状态大于 0 ,说明线程被取消 if (ws > 0) { // 从链表中移除被 cancel 的线程,使用循环来保证移除成功 do { node.prev = pred = pred.prev; } while (pred.waitStatus > 0); pred.next = node; } else { // CAS 操作修改 pred 节点状态为 SIGNAL compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL); } // 不需要挂起线程 return false; }到这里，关于 NonfairSync 的获取锁就结束了
接下来咱们看看 FairSync 的获取锁和它有什么不同
FairSync.lock()
在 FairSync.lock() 方法中是这样的:
final void lock() { acquire(1); }因为 FairSync 是公平锁，所以不存在 CAS 操作去竞争，直接就是调用 acquire 方法
接下来的逻辑就和上面一样了，这里我就不重复了
咱们瞅瞅 ReentrantLock 是怎么释放锁的
ReentrantLock 释放锁
在 ReentrantLock 释放锁时，调用的是 sync.release() 方法:
public void unlock() { sync.release(1); }点进去发现调用的是 AQS 的 release 方法
AQS.release()
AQS 的 release 方法比较好理解，就直接看源码了:
public final boolean release(int arg) { // 如果释放锁成功 if (tryRelease(arg)) { // 获取 AQS 队列的头结点 Node h = head; // 如果头结点不为空,且状态 != 0 if (h != null && h.waitStatus != 0) // 调用 unparkSuccessor 方法唤醒后续节点 unparkSuccessor(h); return true; } return false; }ReentrantLock.tryRelease()
在 AQS 中的 tryRelease 方法，只是抛出了异常而已，说明具体实现是由子类 ReentrantLock 来实现的
就直接看 ReentrantLock 中的 tryRelease 方法了
在 ReentrantLock 中实现 tryRelease 方法主要逻辑是:
首先，如果是同一个线程获取的同一个锁，那么它有可能被重入多次，所以需要获取到要释放线程的重入次数即 getState() 然后判断，该线程是否为获取到锁的线程，只有获取到锁的线程，才有释放锁一说
进行 unlock 释放锁，即:将 state 的值减到 0 ，才算是释放掉了锁，此时才能将 owner 置为 null 同时返回 true
看一下具体实现:
protected final boolean tryRelease(int releases) { int c = getState() - releases; // 判断当前线程是否为获取到锁的线程,如果不是则抛出异常 // 只有获取到锁的线程才释放锁 if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) throw new IllegalMonitorStateException(); boolean free = false; // 次数为 0 ,说释放锁完毕 if (c == 0) { free = true; // 释放之后,当前线程置为 null setExclusiveOwnerThread(null); } // 更新重入次数 setState(c); return free; }AQS.unparkSuccessor
释放锁成功之后，接下来要做的就是唤醒后面的进程，这个方法是在 AQS 中实现的
主要逻辑是:
获取当前节点状态，如果小于 0 ，则置为 0
获取当前节点的下一个节点，如果不为空，直接唤醒
如果为空，或者节点状态大于 0 ，则寻找下一个状态小于 0 的节点
代码的具体实现
private void unparkSuccessor(Node node) { // 获取当前节点的状态 int ws = node.waitStatus; // 如果节点状态小于 0 ,则进行 CAS 操作设置为 0 if (ws < 0) compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); // 获取当前节点的下一个节点 s Node s = node.next; // 如果 s 为空,则从尾部节点开始,或者s.waitStatus 大于 0 ,说明节点被取消 // 从尾节点开始,寻找到距离 head 节点最近的一个 waitStatus <= 0 的节点 if (s == null || s.waitStatus > 0) { s = null; for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) if (t.waitStatus <= 0) s = t; } if (s != null) // next 节点不为空,直接唤醒即可 LockSupport.unpark(s.thread); }为什么要从尾节点开始寻找距离 head 节点最近的一个 waitStatus <= 0 的节点呢?
这是因为在 enq() 构建节点的方法中，最后是 t.next = node (忘了就再往上翻翻看)，设置原来的 tail 的 next 节点指向新的节点
如果在 CAS 操作之后， t.next = node 操作之前，有其他线程调用 unlock 方法从 head 开始向后遍历，因为此时 t.next = node 还没有执行结束，意味着链表的关系还没有建立好，这样就会导致遍历的时候到 t 节点这里发生中断，因为此时 tail 还没有指向新的尾节点
如果从后向前遍历的话，就不会存在这样的问题
接下来下一个线程就被唤醒了，然后程序会把它当成新的节点开始执行
而原来执行结束的线程，则会将它从队列中移除，然后开始循环循环
到此，关于“怎么理解ReentrantLock”的学习就结束了，希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习，快去试试吧！若想继续学习更多相关知识，请继续关注创新互联网站，小编会继续努力为大家带来更多实用的文章！
当前名称：怎么理解ReentrantLock
文章出自：http://scyanting.com/article/jihejc.html
