【并发专题】手写MyReentantLock

分析

ReentantLock的特点如下：

1. 首先是继承自AQS的
2. 可中断
3. 可以设置超时时间
4. 可以切换公平锁/非公平锁
5. 支持多个条件变量
6. 支持可重入

事实上，上面的很多东西AQS已经帮忙实现了，所以想要复刻一个不是很难。仔细观察一下源码，我们需要重写的接口只有以下几个：

1. 新建一个自己的MyReentrantLock类，实现了Lock接口
2. 在MyReentrantLock里面，新建一个NonfairSync类，继承自AbstractQueuedSynchronizer
3. 在NonfairSync里面需要实现如下接口：

void lock();
boolean tryAcquire();
boolean tryRelease();

至于为什么需要实现这三个接口，看如下注释：

总的来说：实现lock()是因为我们要实现可重入的话，需要自己写逻辑补充；
实现tryAcquire()，则是因为提供一种机制，让任务尽量可能在进入阻塞队列之前，能获取到锁。因为，进了阻塞队列之后可能会反复阻塞和解除阻塞（经历上下文切换），这个代价是昂贵的；
实现tryRelease()，则是因为这个方法是【释放锁】的核心方法。想要实现可重入的逻辑就得维护这个方法。

源码

为了方便，这里只是简单实现了一个非公平锁的代码。

public class MyReentrantLock implements Lock {

    /**
     * 锁实例
     */
    private NonfairSync sync;

    /**
     * 构造放啊
     */
    public MyReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }

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

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireInterruptibly(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        return sync.tryAcquire(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(time));
    }

    @Override
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    @Override
    public Condition newCondition() {
        return sync.newCondition();
    }

    /**
     * 非公平锁的实现方式
     */
    public static final class NonfairSync extends AbstractQueuedSynchronizer {

        /**
         * 非公平锁，上锁方法
         */
        public void lock() {

            // CAS操作锁
            boolean result = compareAndSetState(0, 1);
            if (result) {

                // 设置成功，则修改独占状态
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            } else {

                // 设置不成功，则准备入等待队列
                acquire(1);
            }
        }

        /**
         * 实现AQS对tryAcquire的方法
         *
         * 

         * 以下是AQS的解释：
         * 以独占模式获取，忽略中断。通过调用至少一次tryAcquire实现，成功时返回。
         * 否则，线程将被排队，可能会反复阻塞和解除阻塞，调用tryAcquire直到成功。
         * 这个方法可以用来实现方法Lock.lock。
         * 
         */
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int acquires) {
            return doTryAcquire(acquires);
        }

        /**
         * 实现AQS的tryRelease方法
         *
         * 

         * 通用场景
         * 术语库
         * 尝试将状态设置为在独占模式下反映释放。
         * 此方法总是由执行释放的线程调用。
         * 默认实现抛出UnsupportedOperationException。
         * 参数:
         * Arg -释放参数。该值始终是传递给释放方法的值，或者是进入条件等待时的当前状态值。否则该值是不解释的，可以表示您喜欢的任何内容。
         * 返回:
         * 如果该对象现在处于完全释放状态，则为True，以便任何等待的线程都可以尝试获取;否则为假。
         * 抛出:
         * IllegalMonitorStateException -如果释放会使同步器处于非法状态。此异常必须以一致的方式抛出，才能使同步正常工作。
         * UnsupportedOperationException -如果不支持独占模式
         * 
         */
        @Override
        protected boolean tryRelease(int releases) {
            final Thread thread = Thread.currentThread();
            if (thread != getExclusiveOwnerThread()) {
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }

            int state = getState();
            int newState = state - releases;

            // 接口要求，完全释放则true，反之false
            boolean fullyRelease = false;
            if (newState == 0) {
                fullyRelease = true;
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }

            setState(newState);
            return fullyRelease;
        }

        private ConditionObject newCondition() {
            return new ConditionObject();
        }

        /**
         * 实现非公平模式下的tryAcquire
         */
        private boolean doTryAcquire(int acquires) {
            final Thread currentThread = Thread.currentThread();
            int state = getState();
            if (state == 0) {

                // 再次竞争一下
                boolean result = compareAndSetState(0, acquires);
                if (result) {
                    setExclusiveOwnerThread(currentThread);
                    return true;
                }
            } else {

                // 判断是否为可重入
                Thread exclusiveOwnerThread = getExclusiveOwnerThread();
                if (exclusiveOwnerThread == currentThread) {

                    // 做可重入的逻辑
                    return doReentrantLock(state + acquires);
                }
            }

            return false;
        }

        private boolean doReentrantLock(int newState) {
            if (newState < 0) {
                throw new Error("可重入次数已达上限");
            }
            setState(newState);
            return true;
        }
    }
}

使用示例

public class MyReentrantLockTest {

    // 票数
    public static int tickets = 8;

    // 总人数
    public static final int PERSONS = 10;

    public static final Lock LOCK = new MyReentrantLock();


    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i < PERSONS; i++) {
            new Thread(() -> {
                buyTicket();
            }).start();
        }
    }

    public static void main1(String[] args) {
        MyReentrantLock lock = new MyReentrantLock();
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("试试看");
            lock.lock();
            try {
                System.out.println("可重入了");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }


    public static void buyTicket() {
        // 获取锁
        LOCK.lock();
        try {
            Thread.sleep(1000);

            if(tickets > 0) {
                System.out.println("我是" + Thread.currentThread().getName() + "，我来抢第【" + tickets-- + "】张票");
            } else {
                System.out.println("我是" + Thread.currentThread().getName() + "，票卖完了我没抢到");
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 释放说
            LOCK.unlock();
        }
    }

//    系统输出如下：
//    我是Thread-0，我来抢第【8】张票
//    我是Thread-1，我来抢第【7】张票
//    我是Thread-2，我来抢第【6】张票
//    我是Thread-3，我来抢第【5】张票
//    我是Thread-4，我来抢第【4】张票
//    我是Thread-5，我来抢第【3】张票
//    我是Thread-9，我来抢第【2】张票
//    我是Thread-7，我来抢第【1】张票
//    我是Thread-8，票卖完了我没抢到
//    我是Thread-6，票卖完了我没抢到
}