ReentrantLock

公平鎖和非公平鎖

這個(gè)類(lèi)是接口 Lock的實(shí)現(xiàn)類(lèi)，也是悲觀鎖的一種，但是它提供了 lock和 unlock方法用于主動(dòng)進(jìn)行鎖的加和拆。在之前使用的 sychronized關(guān)鍵字是隱式加鎖機(jī)制，而它是顯示加鎖，同時(shí)，這個(gè)類(lèi)的構(gòu)造方法提供了公平和非公平的兩種機(jī)制。

什么是公平和非公平呢？就是多線程對(duì)共享資源進(jìn)行爭(zhēng)奪的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)線程或幾個(gè)線程完全占有共享資源，使得某些線程在長(zhǎng)時(shí)間處于等待狀態(tài)。公平就是要等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的線程先獲得鎖。

而在 ReentrantLock類(lèi)中，提供了公平鎖和非公平鎖的使用。

在 ReentrantLock源碼中，構(gòu)造器提供了一個(gè)參數(shù)入口，

public ReentrantLock(boolean fair) {
	sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

當(dāng)fair為true的時(shí)候，會(huì)創(chuàng)造一個(gè) FairSync對(duì)象給 sync屬性，FairSync是繼承自 Sync的類(lèi)，其中有一個(gè) Lock方法，而在 ReentrantLock的Lcok中使用的是 sync屬性的 Lock方法，故能夠保證“公平”。

使用非公平鎖就不需要在構(gòu)造器中傳參數(shù)。

在使用的時(shí)候，需要手動(dòng)上鎖和解鎖。

使用公平鎖，會(huì)將占優(yōu)勢(shì)的線程進(jìn)行限制，恢復(fù)掛起的線程，但是這個(gè)過(guò)程在CPU層面來(lái)講，是存在明顯時(shí)間差異的，非公平鎖的執(zhí)行效率相對(duì)更高，所以一般來(lái)說(shuō)不建議使用公平鎖，除非現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)上需要符合實(shí)際需求。

重入鎖

ReentrantLock本身還支持重入的功能。

重入鎖（Reentrant Lock）是一種支持重入的獨(dú)占鎖，它允許線程多次獲取同一個(gè)鎖，在釋放鎖之前必須相應(yīng)地多次釋放鎖。重入鎖通常由兩個(gè)操作組成：上鎖（lock）和解鎖（unlock）。當(dāng)一個(gè)線程獲取了重入鎖后，可以再次獲取該鎖而不被阻塞，同時(shí)必須通過(guò)相同數(shù)量的解鎖操作來(lái)釋放鎖。

重入鎖具有如下特點(diǎn)：

• 重入性：重入鎖允許同一個(gè)線程多次獲取同一把鎖，避免了死鎖的發(fā)生。
• 獨(dú)占性：與公平鎖和非公平鎖一樣，重入鎖也是一種獨(dú)占鎖，同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程持有該鎖。
• 可中斷性：重入鎖支持在等待鎖的過(guò)程中中斷該線程的執(zhí)行。
• 條件變量：在使用 java.util.concurrent.locks.Condition 類(lèi)配合重入鎖實(shí)現(xiàn)等待/通知機(jī)制時(shí)，等待狀態(tài)總是與重入鎖相關(guān)聯(lián)的。

重入鎖相對(duì)于 synchronized 關(guān)鍵字的優(yōu)勢(shì)在于，重入鎖具有更高的靈活性和擴(kuò)展性，支持公平鎖和非公平鎖、可中斷鎖和可輪詢鎖等特性，能夠更好地滿足多線程環(huán)境下的并發(fā)控制需要。synchroized也有重入性。

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
public void get(){
    while(true){
        try{
            lock.lock();
            lock.lock();
        }catch(Exception exception){

        }finally{
            lock.unlock();
            lock.unlock();
        }
    }
}

可重入的前提 lock是同一個(gè)對(duì)象，而關(guān)鍵字 synchroized的 Monitor也是同一個(gè)對(duì)象充當(dāng)，才能判定為重入。

public void get(){
    while(true){
        synchronized(this){
            System.out.println("外層");
            synchronized(this){
                System.out.println("內(nèi)層");
            }
        }
    }
}

那么Java是怎么檢測(cè)鎖的重入和獲取鎖的次數(shù)的呢？在之前說(shuō)過(guò)的 ObjectMobitor的C++源代碼中有 _recursions和_count來(lái)記錄鎖的重入次數(shù)和線程獲取鎖的次數(shù)。這樣在Java層面就表示一個(gè)鎖對(duì)象都擁有一個(gè)鎖計(jì)數(shù)器 _count和一個(gè)指向持有這個(gè)鎖的線程的指針 _owner，只有當(dāng)前持有鎖的線程才能使得計(jì)數(shù)器+1，其他線程只有等待鎖被釋放（計(jì)數(shù)器置0）才能持有并+1。

在源碼中，非公平鎖的lock方法如下：

//ReentrantLock類(lèi)中：
final void lock() {
    if (compareAndSetState(0, 1))
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
    else
        acquire(1);
}
//0的參數(shù)為是expect，是期望值，而1是update，是更新值

在執(zhí)行comparaAndSetState方法的時(shí)候，它會(huì)詢問(wèn)鎖的計(jì)數(shù)器（在底層執(zhí)行compareAndSwapInt的本地方法），并期望數(shù)值為0，如果為0返回true，然后設(shè)置執(zhí)行線程主是當(dāng)前線程。如果非0，那么他就會(huì)執(zhí)行acquire：

//AbstractQueuedSynchronizer類(lèi)中：
public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}
//這里的tryAcquire，需要在其繼承的子類(lèi)中進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能
//子類(lèi)可以根據(jù)自己的需要重新定義tryAcquire(int arg)的實(shí)現(xiàn)方式，從而實(shí)現(xiàn)更優(yōu)秀的鎖控制方案：
//而在其子類(lèi)FairSync中便覆蓋了這個(gè)方法
protected boolean tryAcquire(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

將線程放入等待隊(duì)列。

同時(shí)計(jì)數(shù)器是通過(guò) unlock來(lái)-1，所以 lock和unlock次數(shù)不匹配就會(huì)產(chǎn)生死鎖，也就是當(dāng)兩個(gè)線程調(diào)用同一個(gè) ReentrantLock如果一個(gè)線程中的上鎖解鎖次數(shù)不相等，那么計(jì)數(shù)器沒(méi)有被清零，當(dāng)另一個(gè)線程請(qǐng)求鎖的時(shí)候，看到鎖計(jì)數(shù)器不是0，就認(rèn)為被的線程仍然持有它，所以一直等待它被釋放。需要了解底層的可以去看AQS中的release方法。

而在 ReentrantLock中有一個(gè)抽象內(nèi)部類(lèi) Sync，它繼承自抽象類(lèi)AbstractQueuedSynchronizer（簡(jiǎn)稱AQS），這個(gè)類(lèi)中有一個(gè)內(nèi)部 Node類(lèi)，當(dāng)有線程等待這把鎖的時(shí)候，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)等待隊(duì)列，放置這些處于等待的線程。（AQS實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，有興趣可以看看“竹子愛(ài)熊貓”大佬的文章。）

小結(jié)

在ReentrantLock類(lèi)中，有內(nèi)部類(lèi)三個(gè)，Sync,FairSync,NonfairSync，他們的關(guān)系是Sync是后兩個(gè)的父類(lèi)，后兩個(gè)是兄弟類(lèi)，同時(shí)Sync繼承自AQS類(lèi)，在AQS中有很多實(shí)現(xiàn)公平和非公平、可重入的機(jī)制，而具體實(shí)現(xiàn)效果的是Sync,FairSync,NonfairSync。

疑惑

在下列代碼中，為什么在第一個(gè)線程的最后加上.join()，沒(méi)有使得線程阻塞，而沒(méi)有它就會(huì)阻塞？

Lock lock = new ReentrantLock();
new CompletableFuture().runAsync(() -> {
    lock.lock();
    try{
        System.out.println(1);
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    }catch(Exception e){
    }finally{
}});
//上面加上.join()
new CompletableFuture().runAsync(() -> {
    lock.lock();
    try{
        System.out.println(2);
    }catch(Exception e){
    }finally{
        lock.unlock();
}}).join();

到此這篇關(guān)于Java多線程并發(fā)之ReentrantLock的文章就介紹到這了,更多相關(guān)ava  ReentrantLock內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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