前面我们分析了AQS的基本原理,然后也试着基于AQS实现了一个可重入的锁了,现在我们再来看看官方的ReentrantLock锁,这个锁是可重入的独占锁,也就是说同时只有一个线程可以获取该锁,而且这个线程还能继续尝试获取锁;
一.简单的使用
我们先根据ReentrantLock来简单实现一个线程安全的List,然后再分析常用的方法;
package com.example.demo.study; import java.util.ArrayList; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class Study0204 { //线程不安全的List private ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(); //独占锁,默认是非公平锁,传入true可以是公平锁 private volatile ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); //往集合中添加元素 public void add(String str) { lock.lock(); try { list.add(str); } finally { lock.unlock(); } } //删除集合中的元素 public void remove(String str) { lock.lock(); try { list.remove(str); } finally { lock.unlock(); } } //根据索引获取集合中某个元素 public String get(int index) { lock.lock(); try { return list.get(index); } finally { lock.unlock(); } } }
其实就是在每一步都会进行一个加锁的过程,用法和synchronized关键字一样,但是要注意一定要在finally中释放锁,而且不知道大家有没有发现一个问题,在get方法中,需要用锁吗?为什么多线程去读数据也要加锁呢,又没有改变集合中的数据,这也是ReentrantLock这个锁的一个缺陷,使用于写多读少的情况;
所以后面我们会说一下ReentrantReadWriteLock这个锁,这个锁应用于读多写少的情景,可以把读锁和写锁分开使用,如果是读数据可以多个线程都可以获取读锁,后面会说到的
二.看看ReentrantLock锁结构
这个锁其实也很简单,下图所示:实现Lock接口,还有一个内部工具类Sync继承自AQS,然后还有两个类NonfairSync和FairSync继承Sync实现自己的方法,看名字就知道这两个类其实就是非公平锁和公平锁的实现策略;
首先我们看看ReentrantLock的lock方法,发现就是调用sync的lock方法,所以下一步我们看看这个sync对象是怎么构建出来的;
看看构造器,可以知道根据传入的参数是true和false构建sync对象是公平策略还是非公平策略;顺便一说,在这里AQS中的state表示的是锁的可重入次数,默认情况state为0;
当第一次一个线程CAS成功获取了该锁,那么state就加一,当这个已经获取该锁的线程继续获取锁,state继续加一,释放锁state就减一,直到变为0,那么说明该锁就没有线程占有了,此时AQS中阻塞队列中的某个线程就可以获取锁了;
我们可以看看这里的Sync实现了一些什么方法,下图所示,只有lock()方法没有实现,留给NonfairSync和FairSync各自根据自己的场景去实现;
公平锁策略实现如下,实现了lock方法还有tryAcquire()方法,其中这个tryAcquire方法以前说活是AQS中特意留给子类根据实际场景去实现的
非公平策略实现如下,和公平策略实现的方法一样;
三.非公平策略获取锁
前面说了ReentrantLock的基本结构,然后我们分析看看是怎么获取锁的,从NonfairSync中的lcok方法开始,我们梳理一下:首先当前线程A使用CAS尝试将AQS中的state从0设置为1,如果成功,那就直接将当前线程设置为锁的占有者;失败的话,那就去获取state的值,如果为0,还是用CAS设置为1,将当前线程设置为锁的占有者,不为0,那就看看占有锁的是不是当前线程;如果是当前线程,就将state加一;不是当前线程,那就是其他线程占用该锁,这才真正说明当前线程获取锁失败,我们才将当前线程封装成一个Node.EXCLUSIVE类型的节点,丢到阻塞队列中去;
这里我们需要想一下为什么说这里是非公平的?假如在下面nonfairTryAcquire方法中,线程A获取到的c的值为1,占有锁的不是线程A,那么线程就被封装成节点丢到阻塞队列中去了,这个时候线程B来获取c的值,刚好是0(因为这个时候可能那个占有了该锁的线程释放了锁),于是线程B就能成功的将state从0变为1,能获得该锁;
虽然线程A先尝试获取该锁,线程B后去获取,然而线程B居然可以先成功获取到锁,就好像你排队吃饭,一个后来的人居然先打到饭去吃了,真的是日了狗了!
final void lock() { //尝试通过CAS将state从0改为1,如果成功那就将当前线程占用该锁 if (compareAndSetState(0, 1)) setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); //CAS失败,说明有其他线程已经获取锁了,于是就将当前线程丢到阻塞队列中去,重点看看acquire方法 else acquire(1); } //主要看tryAcquire方法,在NonfairSync中实现 //当前方法中,if判断中第二个条件已经看过了,主要是将当前线程封装成一个Node.EXCLUSIVE类型的节点 //然后丢到阻塞队列的最后面去 public final void acquire(int arg) { if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt(); } protected final boolean tryAcquire(int acquires) { return nonfairTryAcquire(acquires); } final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); //获取state的值 int c = getState(); //state的值位0的话,那就CAS设置为1,并且设置当前线程占用该锁 if (c == 0) { if (compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } //CAS设置失败,肯定有其他线程占用该锁,由于是可重入锁,所以这里先判断占有该锁的是不是当前线程 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { //是,那就将state加一 int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) // overflow throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } //能到这里,说明state的值不是0,占有锁的也不是当前线程,肯定是其他线程,那就返回false return false; }
四.公平策略获取锁
其实公平策略和非公平策略的实现基本一样,我们只看看tryAcquire方法的实现:
protected final boolean tryAcquire(int acquires) { final Thread current =