怎么在JAVA中使用ReentrantLock實現并發

這期內容當中小編將會給大家帶來有關怎么在JAVA中使用ReentrantLock實現并發，文章內容豐富且以專業的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

1. 介紹

結合上面的ReentrantLock類圖，ReentrantLock實現了Lock接口，它的內部類Sync繼承自AQS，絕大部分使用AQS的子類需要自定義的方法存在Sync中。而ReentrantLock有公平與非公平的區別，即'是否先阻塞就先獲取資源'，它的主要實現就是FairSync與NonfairSync，后面會從源碼角度看看它們的區別。

2. 源碼剖析

Sync是ReentrantLock控制同步的基礎。它的子類分為了公平與非公平。使用AQS的state代表獲取鎖的數量

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
    private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;

    /**
        * Performs {@link Lock#lock}. The main reason for subclassing
        * is to allow fast path for nonfair version.
        */
    abstract void lock();

    ...
}

我們可以看出內部類Sync是一個抽象類，繼承它的子類(FairSync與NonfairSync)需要實現抽象方法lock。

下面我們先從非公平鎖的角度來看看獲取資源與釋放資源的原理

故事就從就兩個變量開始:

// 獲取一個非公平的獨占鎖
/**
* public ReentrantLock() {
*    sync = new ReentrantLock.NonfairSync();
* }
*/
private Lock lock = new ReentrantLock();
// 獲取條件變量
private Condition condition = lock.newCondition();

2.1 上鎖(獲取資源)

lock.lock()

public void lock() {
    sync.lock();
}

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

    // 獲取資源
    final void lock() {
        // 若此時沒有線程獲取到資源，直接設置當前線程獨占訪問資源。
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            // AQS的方法
            acquire(1);
    }

    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        // 實現在父類Sync中
        return nonfairTryAcquire(acquires);
    }
}

AQS的acquire

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

// Sync實現的非公平的tryAcquire
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    // 此時若沒有線程獲取到資源，當前線程就直接占用該資源
    if (c == 0) {
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    // 若當前線程已經占用了該資源，可以再次獲取該資源  ->這個行為就是可重入鎖的支撐
    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;
}

嘗試獲取資源的過程是非常簡單的，這里再貼一下acquire的流程

2.2 釋放資源

lock.unlock();

public void unlock() {
    // AQS的方法
    sync.release(1);
}

AQS的release

public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}

release的流程已經剖析過了，接下來看看tryRelease的實現

protected final boolean tryRelease(int releases) {
    int c = getState() - releases;
    // 這里可以看出若沒有持有鎖，就釋放資源，就會報錯
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    boolean free = false;
    if (c == 0) {
        free = true;
        setExclusiveOwnerThread(null);
    }
    setState(c);
    return free;
}

tryRelease的實現也很簡單，這里再貼一下release的流程圖

2.3 公平鎖與非公平鎖的區別

公平鎖與非公平鎖，即'是否先阻塞就先獲取資源', ReentrantLock中公平與否的控制就在tryAcquire中。下面我們看看，公平鎖的tryAcquire

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) {
                // (2.3.1)
                // sync queue中是否存在前驅結點
                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;
        }
    }

區別在代碼(2.3.1)

hasQueuedPredecessors

判斷當前線程的前面有無其他線程排隊；若當前線程在隊列頭部或者隊列為空返回false

public final boolean hasQueuedPredecessors() {
    // The correctness of this depends on head being initialized
    // before tail and on head.next being accurate if the current
    // thread is first in queue.
    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());
}

結合下面的入隊代碼(enq), 我們分析hasQueuedPredecessors為true的情況:

1.h != t ,表示此時queue不為空; (s = h.next) == null, 表示另一個結點已經運行了下面的步驟(2)，還沒來得及運行步驟(3)。簡言之，就是B線程想要獲取鎖的同時，A線程獲取鎖失敗剛好在入隊(B入隊的同時，之前占有的資源的線程，剛好釋放資源)

2.h != t 且 (s = h.next) ！= null，表示此時至少有一個結點在sync queue中；s.thread != Thread.currentThread()，這個情況比較復雜，設想一下有這三個結點 A -> B C， A此時獲取到資源，而B此時因為獲取資源失敗正在sync queue阻塞，C還沒有獲取資源(還沒有執行tryAcquire)。

時刻一：A釋放資源成功后(執行tryRelease成功)，B此時還沒有成功獲取資源(C執行s = h.next時，B還在sync queue中且是老二)

時刻二: C此時執行hasQueuedPredecessors，s.thread != Thread.currentThread()成立，此時s.thread表示的是B

private Node enq(final Node node) {
    for (;;) {
        Node t = tail;
        if (t == null) { // Must initialize
            if (compareAndSetHead(new Node())) // (1) 第一次初始化
                tail = head;
        } else {
            node.prev = t;
            if (compareAndSetTail(t, node)) { // (2) 設置queue的tail
                t.next = node; // (3)
                return t;
            }
        }
    }
}

上述就是小編為大家分享的怎么在JAVA中使用ReentrantLock實現并發了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進行理解。如果想知道更多相關知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道。