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JDK成长记21: ReentrantLock (4) 公平、非公平、可重入锁是什么?
来源:cnblogs  作者:_繁茂  时间:2022/1/2 12:01:53  对本文有异议

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经过前面的三节,相信你对ReentrantLock底层的AQS原理已经很清楚了。接下来给大家介绍几个ReentrantLock中的几个概念:

  • 公平,非公平锁的概念
  • ReentrantLock是如何实现非公平和公平的?
  • 可重入锁又是什么东西?

公平锁 Vs 非公平锁

公平锁 Vs 非公平锁

当你掌握了ReentrantLock加锁,加锁失败入队,释放锁的原理后。其实在ReenrantLock中还需要搞明白几个概念,比如独占锁、共享锁、可重入锁,公平锁和非公平锁这些都是什么意思。

这一小节,我们先来聊聊公平和非公平锁。

什么是公平锁?什么又是非公平锁呢?这里给大家举个例子:

相信你肯定有过排队的经历,比如你给女朋友排队买过奶茶。但是你排队排的好好的,突然当有个老板亲戚或者关系户过来插了一个队,你是什么感觉?是不是感觉不太公平。但是有的关系户也很有修养,不会插队,会老老实实去排队,这就很公平了, 因为先来后到么。

这其实就是公平和非公平的锁的意思。你可以想想,还是上面的例子,线程2在排队了,此时线程1释放了锁,可是突然来了一个线程3,也来加锁,是不是可能在线程2出队的过程中,线程3抢到锁,这就是非公平的,线程3插队了,没有老老实实排队。

但是如果线程3,老老实实的排队,进入AQS的队列中,这样就是公平锁。如下图所示:

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ReentrantLock是如何实现非公平和公平的?

ReentrantLock是如何实现非公平和公平的?

具体代码是怎么做到呢?核心是通过两个Sync的子类。FairSync和NonfairSync。从名字上看,你就应该知道,这两个类是公平和非公平AQS的Sync组件意思。

大家可以它们两个类的找找不同看看:

static final class NonfairSync extends Sync {
 private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;


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


 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;

}
static final class FairSync extends Sync {
  private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

  final void lock() {
?    acquire(1);
  }

 

  protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
?    final Thread current = Thread.currentThread();
?    int c = getState();
?    if (c == 0) {
?      if (!hasQueuedPredecessors() &&
?        compareAndSetState(0, acquires)) {
?        setExclusiveOwnerThread(current);
?        return true;
?      }
?    }

?    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
?      int nextc = c + acquires;
?      if (nextc < 0)
?        throw new Error("Maximum lock count exceeded");
?      setState(nextc);
?      return true;
?    }
?    return false;

  }

}

首先是lock方法,区别就是在一个if判断,非公平的锁NonfairSync会多了一个判断,先尝试来加个锁。

这个区别是什么意思呢?你可以理解为如果线程1释放了,别人过来加锁,直接先尝试插个队的意思,有可能AQS队列中的线程2还没被唤醒了,被别人抢走了锁,让别的线程加锁成功了。

如何把锁给释放掉,另外一个是如果锁彻底释放了以后,如何让队列中的队头的那个线程来唤醒尝试获取锁。

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而另一个方法,尝试加锁,唯一的区别是一个if条件

hasQueuedPredecessors()

这方法从名字就能看出来,判断下队列中有没有有元素。代码如下:

 public final boolean hasQueuedPredecessors() {
  Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order
  Node h = head;
  Node s;
  return h != t &&
   ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}

也就是说,在公平锁的尝试加锁的代码中,有一个限制如果有人排队,其他线程就不能插队加锁。所以就算线程1释放锁,线程3过来加锁,由于lock方法没有了非公平锁的if(上来尝试CAS修改state,加锁的代码),线程3就只能入队,如果线程3执行到尝试获取锁的代码时,公平锁比非公平锁的代码多了一个判断,判断队列中是否有等待线程。有的话也只能乖乖排队。如下图所示:

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可重入锁 Vs 不可重入锁

可重入锁 Vs 不可重入锁

之前提到,ReentrantLock涉及了一些锁的概念,讲过了公平和非公平锁的概念后,今天我们最后聊一下可重入锁。

其实这个比较好理解,ReentrantLock通过AQS的state变量巧妙的实现了可重入加锁。如果是同一个线程调用了lock方法,加锁,state会在现有值上加+1,每再次加一次锁,就是一次可重入,所以就加锁可重入锁。也就是说:

同一个线程可以使用同一个ReentrantLock进行反复加锁。

另外,释放锁的话,肯定需要释放所多次,同一个线程加锁了几次,就需要释放几次,需要将state值恢复为0才算真正的释放锁,别的线程才能获取到。

由于比较简单,就不带大家看源码实现了。你可以自己在源码中找找。核心还是掌握AQS加锁释放锁的原理最重要。

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独占锁 VS 共享锁

独占锁 VS 共享锁

至于独占和共享锁的概念之后讲解读写锁的时候会提到。这里先简单的讲一下。

所谓独占锁,就是只要有一个线程加锁,其他人都得靠边站,这把锁属于某个线程独占,这就是独占锁。

默认reentrantLock.lock创建的锁是什么的呢?非公平的可重入独占锁!

共享锁是什么意思呢?意思就是可以和别的线程同时持有一把锁,比如之后要将的读写锁。线程1加了读锁,线程2还是可以加读锁的,它们共享一把锁。这样的锁就是一把共享锁。

当然读写锁之间是有一些互斥关系的,所以下一节我们就来探索下,如何使用读写锁、读写锁的原理具体是什么、以及读写锁的互斥关系。

小结&思考

小结&思考

其实这一节并没有什么特别负责复杂的知识,主要带大家看了 ReentrantLock的重入实现

核心思想就是通过代码执行顺序,CAS操作顺序和一个if判断队列是否有等待线程实现的。

其次就是介绍了几个概念,可重入锁、公平、非公平锁、独占和共享锁分别是什么意思。

ReentrantLock的原理其实到这里我们大体就分析完成了,你起码掌握了 ReentrantLock的基于抽象类封装3个组件(变量)的操作设计。

之前我们提到的synchronized的底层ObjectMonitor,其实是不是也是用过这个思想设计的,只不过一个是C++封装的ObjectMonitor对象,一个是Java封装的ReentrantLock对象。

大家当学完一个技术的原理和或者源码,或者做完一个项目后,一定要学会进行思考,思考之后才能更好的应用这个技术、更好的解决问题。

另外有兴趣的同学可以去深究下,它使用的CAS底层JVM C++语言如何的实现,为什么用LockSupport.park挂起线程,LockSupport的park方法实现等等。。

下一节我们开始研究下ReentrantReadWriteLock的实现原理,我们下一节见!

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原文链接:http://www.cnblogs.com/fanmao/p/15757180.html

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