Java多线程并发之ReentrantLock

ReentrantLock

公平锁和非公平锁

这个类是接口 Lock的实现类，也是悲观锁的一种，但是它提供了 lock和 unlock方法用于主动进行锁的加和拆。在之前使用的 sychronized关键字是隐式加锁机制，而它是显示加锁，同时，这个类的构造方法提供了公平和非公平的两种机制。

什么是公平和非公平呢？就是多线程对共享资源进行争夺的时候，会出现一个线程或几个线程完全占有共享资源，使得某些线程在长时间处于等待状态。公平就是要等待时间过长的线程先获得锁。

而在 ReentrantLock类中，提供了公平锁和非公平锁的使用。

在 ReentrantLock源码中，构造器提供了一个参数入口，

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

当fair为true的时候，会创造一个 FairSync对象给 sync属性，FairSync是继承自 Sync的类，其中有一个 Lock方法，而在 ReentrantLock的Lcok中使用的是 sync属性的 Lock方法，故能够保证“公平”。

使用非公平锁就不需要在构造器中传参数。

在使用的时候，需要手动上锁和解锁。

使用公平锁，会将占优势的线程进行限制，恢复挂起的线程，但是这个过程在CPU层面来讲，是存在明显时间差异的，非公平锁的执行效率相对更高，所以一般来说不建议使用公平锁，除非现实业务上需要符合实际需求。

重入锁

ReentrantLock本身还支持重入的功能。

重入锁（Reentrant Lock）是一种支持重入的独占锁，它允许线程多次获取同一个锁，在释放锁之前必须相应地多次释放锁。重入锁通常由两个操作组成：上锁（lock）和解锁（unlock）。当一个线程获取了重入锁后，可以再次获取该锁而不被阻塞，同时必须通过相同数量的解锁操作来释放锁。

重入锁具有如下特点：

• 重入性：重入锁允许同一个线程多次获取同一把锁，避免了死锁的发生。
• 独占性：与公平锁和非公平锁一样，重入锁也是一种独占锁，同一时刻只能有一个线程持有该锁。
• 可中断性：重入锁支持在等待锁的过程中中断该线程的执行。
• 条件变量：在使用 java.util.concurrent.locks.Condition 类配合重入锁实现等待/通知机制时，等待状态总是与重入锁相关联的。

重入锁相对于 synchronized 关键字的优势在于，重入锁具有更高的灵活性和扩展性，支持公平锁和非公平锁、可中断锁和可轮询锁等特性，能够更好地满足多线程环境下的并发控制需要。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是同一个对象，而关键字 synchroized的 Monitor也是同一个对象充当，才能判定为重入。

public void get(){
    while(true){
        synchronized(this){
            System.out.println("外层");
            synchronized(this){
                System.out.println("内层");
            }
        }
    }
}

那么Java是怎么检测锁的重入和获取锁的次数的呢？在之前说过的 ObjectMobitor的C++源代码中有 _recursions和_count来记录锁的重入次数和线程获取锁的次数。这样在Java层面就表示一个锁对象都拥有一个锁计数器 _count和一个指向持有这个锁的线程的指针 _owner，只有当前持有锁的线程才能使得计数器+1，其他线程只有等待锁被释放（计数器置0）才能持有并+1。

在源码中，非公平锁的lock方法如下：

//ReentrantLock类中：
final void lock() {
    if (compareAndSetState(0, 1))
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
    else
        acquire(1);
}
//0的参数为是expect，是期望值，而1是update，是更新值

在执行comparaAndSetState方法的时候，它会询问锁的计数器（在底层执行compareAndSwapInt的本地方法），并期望数值为0，如果为0返回true，然后设置执行线程主是当前线程。如果非0，那么他就会执行acquire：

//AbstractQueuedSynchronizer类中：
public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}
//这里的tryAcquire，需要在其继承的子类中进一步实现对应的功能
//子类可以根据自己的需要重新定义tryAcquire(int arg)的实现方式，从而实现更优秀的锁控制方案：
//而在其子类FairSync中便覆盖了这个方法
protected boolean tryAcquire(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

将线程放入等待队列。

同时计数器是通过 unlock来-1，所以 lock和unlock次数不匹配就会产生死锁，也就是当两个线程调用同一个 ReentrantLock如果一个线程中的上锁解锁次数不相等，那么计数器没有被清零，当另一个线程请求锁的时候，看到锁计数器不是0，就认为被的线程仍然持有它，所以一直等待它被释放。需要了解底层的可以去看AQS中的release方法。

而在 ReentrantLock中有一个抽象内部类 Sync，它继承自抽象类AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS），这个类中有一个内部 Node类，当有线程等待这把锁的时候，会创建一个等待队列，放置这些处于等待的线程。（AQS实现比较复杂，有兴趣可以看看“竹子爱熊猫”大佬的文章。）

小结

在ReentrantLock类中，有内部类三个，Sync,FairSync,NonfairSync，他们的关系是Sync是后两个的父类，后两个是兄弟类，同时Sync继承自AQS类，在AQS中有很多实现公平和非公平、可重入的机制，而具体实现效果的是Sync,FairSync,NonfairSync。

疑惑

在下列代码中，为什么在第一个线程的最后加上.join()，没有使得线程阻塞，而没有它就会阻塞？

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();

到此这篇关于Java多线程并发之ReentrantLock的文章就介绍到这了,更多相关ava  ReentrantLock内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网！