ReentrantLock源码阅读笔记

组成结构

ReentrantLock有三个内部类,如下:

Paste_Image.png

其中,FairSync是公平锁,NofairSync是非公平锁,FairSync与NofairSync都继承于Sync。

那么,什么是公平锁与非公平锁呢?

公平锁:当前线程不去获得锁,而是进入等待队列的队尾等待获取锁。
非公平锁:先去尝试获取锁,如果获取不到,再去队尾排队获取锁。

非公平锁执行代码解析

当调用lock()方法的时候,默认执行的是非公平锁的lock方法,很明显,非公平锁的效率是优于公平锁的

  final void lock() {
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            acquire(1);
    }

首先,根据CAS锁判断,如果返回true,则当前线程抢占这个锁,如果返回false,执行acquire()方法。

那么,什么是CAS锁?

CAS锁

CAS,全称为 Compare And Swap,是一条原子指令,直接由cpu来完成。进入compareAndSetState()方法之中。

protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
    // See below for intrinsics setup to support this
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

我们可以看到,这个方法直接调用了Unsafe类的CompareAndSwapInt()方法,这是一个native方法,只有当前值等于期望值的时候,返回true,如果不同,返回false,也就是说当前线程进入获得锁后,其他线程需要判断是否已经改变,而且是在硬件层面实现的,JVM也只是利用汇编来使用而已。

但是CAS是有缺陷的,比如ABA的情况,cpu处理是需要时间的,CAS操作需要读取数值,与期望值对比,在这段时间内,是可能出现其他线程进入修改,又改回来的情况,解决方案:加入一个变量,每次线程进入时加一,在线程进入同时,判断变量是否被修改过。

我们继续回来

 final void lock() {
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            acquire(1);
    }

如果当前锁已经被占用,就调用acquire()方法。

public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

尝试获取锁,同时将,当前线程加入等待队列的末尾

 protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        return nonfairTryAcquire(acquires);
    }

tryAcquire()方法调用nofairTryAcquire()方法。

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;
    }

这个方法,判断state的值,如果state的值为0的话,再进行一次CAS锁判断,如果返回true,将当前锁设置为独占锁,为当前线程所有。

接下来进入addWaiter()方法之中,方法内容如下:

private Node addWaiter(Node mode) {
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
   
    Node pred = tail;
    if (pred != null) {
        node.prev = pred;
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    enq(node);
    return node;
}

判断当前队列的尾节点是不是null,如果不为空,将尾节点赋值给当前节点的prev属性,如果是空,说明这是一个空队列,执行enq()方法。

private Node enq(final Node node) {
    for (;;) {
        Node t = tail;
        if (t == null) { // Must initialize
            if (compareAndSetHead(new Node()))
                tail = head;
        } else {
            node.prev = t;
            if (compareAndSetTail(t, node)) {
                t.next = node;
                return t;
            }
        }
    }
}

这是一个无限循环,如果尾节点为null,进行一次CAS判断再次判断Node对象是不是null,如果返回true,尾节点即为头结点。如果尾节点不为null,将当前线程放入队列,并且作CAS判断,向队列尾部添加当前线程。

返回来,执行acquireQueued():

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

当且仅当,当前节点的前一个节点等于头结点时,才能尝试获取锁,当二者都满足时,把当前节点设为头结点,当前节点的next置为null,方便垃圾回收,返回false。下面执行方法shouldParkAfterFailedAcquire()判断当前线程是否可以被安全的挂起。

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
    int ws = pred.waitStatus;
    if (ws == Node.SIGNAL)
        return true;
    if (ws > 0) {
        do {
            node.prev = pred = pred.prev;
        } while (pred.waitStatus > 0);
        pred.next = node;
    } else {        
        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
    }
    return false;
}

!tryAcquire()与acquireQueued()方法返回true,执行中断。

  public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

公平锁部分与非公平锁大同小异,在此不再赘述。

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