ReentrantLock实现原理
ReentrantLock主要利用CAS+CLH队列来实现。它支持公平锁和非公平锁,两者的实现类似。
- CAS:Compare and Swap,比较并交换。CAS有3个操作数:内存值V、预期值A、要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时,将内存值V修改为B,否则什么都不做。该操作是一个原子操作,被广泛的应用在Java的底层实现中。在Java中,CAS主要是由sun.misc.Unsafe这个类通过JNI调用CPU底层指令实现。
- CLH队列:带头结点的双向非循环链表(如下图所示):
ReentrantLock的基本实现可以概括为:先通过CAS尝试获取锁。如果此时已经有线程占据了锁,那就加入CLH队列并且被挂起。当锁被释放之后,排在CLH队列队首的线程会被唤醒,然后CAS再次尝试获取锁。在这个时候,如果:
- 非公平锁:如果同时还有另一个线程进来尝试获取,那么有可能会让这个线程抢先获取;
- 公平锁:如果同时还有另一个线程进来尝试获取,当它发现自己不是在队首的话,就会排到队尾,由队首的线程获取到锁。
下面分析下两个片段:
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;
}
在尝试获取锁的时候,会先调用上面的方法。如果状态为0,则表明此时无人占有锁。此时尝试进行set,一旦成功,则成功占有锁。如果状态不为0,再判断是否是当前线程获取到锁。如果是的话,将状态+1,因为此时就是当前线程,所以不用CAS。这也就是可重入锁的实现原理。
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);
}
}
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();
}
该方法是在尝试获取锁失败加入CHL队尾之后,如果发现前序节点是head,则CAS再尝试获取一次。否则,则会根据前序节点的状态判断是否需要阻塞。如果需要阻塞,则调用LockSupport的park方法阻塞该线程。