Java多线程--重入锁的实现原理

ReentrantLock 是一种支持支持重进入的锁，它表示该锁能够支持一个线程对资源的重复加锁，除此之外，该锁还支持获取锁的公平性和非公平性选择。

1  重入的实现

对于锁的重入，我们来想这样一个场景。当一个递归方法被sychronized关键字修饰时，在调用方法时显然没有发生问题，执行线程获取了锁之后仍能连续多次地获得该锁，也就是说sychronized关键字支持锁的重入。对于ReentrantLock，虽然没有像sychronized那样隐式地支持重入，但在调用lock()方法时，已经获取到锁的线程，能够再次调用lock()方法获取锁而不被阻塞。

如果想要实现锁的重入，至少要解决一下两个问题

• 线程再次获取锁：锁需要去识别获取锁的线程是否为当前占据锁的线程，如果是，则再次成功获取。
• 锁的最终释放：线程重复n次获取了锁，随后在n次释放该锁后，其他线程能够获取该锁。锁的最终释放要求锁对于获取进行计数自增，计数表示当前锁被重复获取的次数，而锁被释放时，计数自减，当计数等于0时表示锁已经释放

 (1) 锁的获取

 下面来看看非公平锁的重入实现，它的实现在自定义同步器Sync内部nonfairTryAcquire方法

 final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
      //CAS设置状态
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
     //检查当前线程 重入获取锁
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);//此时不需CAS
                return true;
            }
            return false;
        }

该方法通过当前线程是否为获取锁的线程来决定获取操作是否成功，如果是获取锁的线程再次请求，则将同步状态值进行增加并返回true，表示获取同步状态成功。

（2）锁的释放

现在来看看锁的释放，它同样是定义在自定义同步器Sync内

 protected final boolean tryRelease(int releases) {
             int c = getState() - releases;
             if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                 throw new IllegalMonitorStateException();
             boolean free = false;
             if (c == 0) {
                 free = true;
                 setExclusiveOwnerThread(null);
             }
             setState(c);
             return free;
         }

如果该锁被获取了n次，那么前（n-1）次tryRelease方法必须返回false，而只有同步状态完全释放了，才能返回true。可以看出，该方法只有在同步状态为0的时候才会返回true，并将占有线程设置为null，表示释放成功。

2 公平锁的实现

所有公平性，就是在绝对时间上，先对锁进行获取的请求一定先被满足。也就是等待时间最长的线程最优先获取锁

公平锁的实现在同步器FairSync内

 /**
          * Fair version of tryAcquire.  Don't grant access unless
          * recursive call or no waiters or is first.
          */
         protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
             final Thread current = Thread.currentThread();
             int c = getState();
             if (c == 0) {
                 if (!hasQueuedPredecessors() &&//在此处加入判断逻辑
                     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;
         }

该方法与非公平锁的获取唯一不同就是判断条件多了一个hasQueuedPredecessors方法，这个方法是在AbstractQueuedSynchronizer中定义

 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());
     }

这个方法就是在判断同步队列中当前节点是否有前驱节点，如果有则返回true，则表示有线程比当前线程更早地请求获取锁，因此需要等待前驱线程获取并释放锁之后才能继续获取锁。 由此就实现了公平锁。