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多线程（三）之ReentrantLock源码解析

發布時間：2025/3/19 编程问答 23 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了多线程（三）之ReentrantLock源码解析小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

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今天分析ReentrantLock類的源碼，在看源碼之前，先學習AQS（AbstractQueuedSynchronizer）類。

一、AQS

什么是AQS？

AQS是一個類，要實現多線程鎖，可以繼承該類，并重寫其中的方法即可。該類也叫同步器。

同步器的主要使用方式是繼承，子類通過繼承同步器并實現它的抽象方法來管理同步狀態（state，標記線程的狀態）。

同步器的設計是基于模板方法模式, 使用者需要繼承同步器并重寫指定的方法，隨后將同步器組合在自定義同步組件的實現中，并調用同步器提供的模板方法，而這些模板方法將會調用使用者重寫的方法。

同步器需要重寫的重要方法：

tryAcquire? 獨占鎖獲取

tryRelease?? 獨占鎖釋放

tryAcquireShared? 共享鎖獲取

tryReleaseShared? 共享鎖釋放

isHeldExclusively 快速判斷被線程獨占

對同步狀態進行更改，這時就需要使用同步器提供的3個方法（這三個方法不需要重寫，只要子類進行調用，完成相應的操作）

getState?獲取同步狀態

setState 設置同步狀態

compareAndSetState 原子的設置同步狀態來進行操作。

二、結合ReentrantLock類來了解AQS的源碼

ReentrantLock的結構

解釋下，Sync是ReentrantLock類的內部類，且是實現AQS的類。ReentrantLock有兩種鎖，公平鎖和非公平鎖，分別繼承了Sync類。下面以非公平鎖為例，說明下AQS的源碼。（確實AQS的源碼比較難理解，我理解的可能也不是很深，畢竟才看了四五遍，我先把我的理解用圖文并茂的形式展現出來）

ReentrantLock源碼解析

final void lock() {if (compareAndSetState(0, 1))setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());elseacquire(1);}

非公平鎖調用lock方法，是通過同步方法compareAndSetState(最終調用了unsafe類的方法)直接嘗試設置state為1，意思就是如果沒有鎖，這個方法就會返回true，執行setExclusiveOwnerThread方法，將當前線程設置為鎖的持有者。如果之前有鎖，就執行acquire這個方法。（state:0表示沒有鎖，1表示已經有鎖）

假設，這時有個thread1調用非公平鎖的lock方法，因為state的初始狀態位0，很明顯，執行了setExclusiveOwnerThread，將state設置為了1，并將當前線程設置為鎖的持有者。然后又來了一個線程thread2調用lock獲取鎖，設這時候的thread1并沒有釋放鎖。明顯compareAndSetState設置不成功，返回false，然后執行acquire方法。這個方法是AQS類里。

public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();}

?這個if寫的，比較高大上，好多源碼都是這么寫的。可以看成：

if(!tryAcquire(arg)) {Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);if(acquierQueued(node,arg))selfInterrupt(); }

這時候，thread2先執行tryAcquire方法。那tryAcquire在哪呢？上面說了，子類要實現tryAcquire方法。所以執行的是在NonFairSync里面。

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {return nonfairTryAcquire(acquires);}

我們現在看下nonfairTryAcquire方法

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {final Thread current = Thread.currentThread();int c = getState();//如果沒有鎖，就嘗試獲取鎖if (c == 0) {if (compareAndSetState(0, acquires)) {setExclusiveOwnerThread(current);return true;}}//判斷當前線程是否為鎖的持有者，支持鎖的重入else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {int nextc = c + acquires;if (nextc < 0) // overflowthrow new Error("Maximum lock count exceeded");setState(nextc);return true;}return false;}

thread2調用該方法，這時候state為1（因為thread1在持有鎖），并且thread2<>thread1，所以返回false。

然后再回到acquire方法。

public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();}

因為tryAcquire返回false，即！tryAcquire為true。這時候thread2執行addWaiter方法。

private Node addWaiter(Node mode) {Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);// Try the fast path of enq; backup to full enq on failureNode pred = tail;if (pred != null) {/***和enq中的else中的方法一致，都是將節點插入到同步隊列末尾**/node.prev = pred;if (compareAndSetTail(pred, node)) {pred.next = node;return node;}}enq(node);return node;}

首先，將thread2封裝成Node類（這個Node類定義在AQS里面，是同步隊列中的節點），因為thread1并沒有創建隊列，所以tail為null，即空的同步隊列。所以thread2執行enq方法。

private Node enq(final Node node) {for (;;) {Node t = tail;if (t == null) { // Must initializeif (compareAndSetHead(new Node()))tail = head;} else {node.prev = t;if (compareAndSetTail(t, node)) {t.next = node;return t;}}}}

這是一個自旋循環。。。。

通過上面分析，同步隊列為空，即t=null。所以，thread2新建了一個空的Node節點，該節點是“假”節點，然后通過CAS操作設置了線程的阻塞隊列的head節點就是我們剛才new出來的那個空的node節點，并將tail和head指向這個“假”節點，由此可知，該同步隊列是一個帶頭節點的同步隊列。至此，第一次循環結束，此時同步隊列的狀態為：

然后進行第二循環，t這時候不為空了，所以執行else分支。

一句一句的來：

node.prev = t;將尾部tail節點賦值給我們傳遞進來的節點Node的前驅節點，此時的結構如下：

compareAndSetTail(t, node),通過同步方法，將node設置為尾節點。

t.next=node;將原來的tail節點的后繼指向node節點。

此時跳出自旋，返回當前節點。

public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();}

在看這個acquire方法，執行完addWaiter方法后，然后thread2執行acquireQueued方法。

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 GCfailed = false;return interrupted;}if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt())interrupted = true;}} finally {if (failed)cancelAcquire(node);}}

哎，頭疼，又是一個自旋，不過沒有關系，把同步隊列的結構搞清楚，就很容易分析。

首先，獲取thread2對應的節點的前驅節點，這時，就是head節點，即“假”節點。如果前驅節點是head節點，就調用之前的tryAcquire方法，嘗試獲取鎖。因為thread1沒有釋放鎖，很明顯tryAcquire方法返回false。因此thread2方法執行下面的if方法。看下shouldParkAfterFailedAcquire方法

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {int ws = pred.waitStatus;//Node.SIGNAL表示-1if (ws == Node.SIGNAL)/** This node has already set status asking a release* to signal it, so it can safely park.*/return true;if (ws > 0) {/** Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and* indicate retry.*/do {node.prev = pred = pred.prev;} while (pred.waitStatus > 0);pred.next = node;} else {/** waitStatus must be 0 or PROPAGATE. Indicate that we* need a signal, but don't park yet. Caller will need to* retry to make sure it cannot acquire before parking.*/compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);}return false;}

獲取前驅節點的waitStatus值。-1：表示當前節點正處于等待signal喚醒。>0：表示前驅節點應該被移除。其他情況：將調用同步方法將前驅的waitStatus設置為-1

因為head節點的waitStatus=0，所以設置head的waitStatus為-1，然后返回false。此時，結束了acquireQueued的第一次循環。現在執行第二次循環，和第一循環一樣，沒有執行第一個if，繼續執行shouldParkAfterFailedAcquire方法。這時ws不再是0了，而是-1了。因此返回true。然后調用acquireQueued中的parkAndCheckInterrupt方法。

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {LockSupport.park(this);return Thread.interrupted();}

由代碼可以看出，調用了LockSupport的park方法。

這里介紹下LockSuppor類。

LockSupport定義了一組的公共靜態方法，這些方法提供了最基本的線程阻塞和喚醒功能，而LockSupport也成為構建同步組件的基礎工具。LockSupport定義了一組以park開頭的方法用來阻塞當前線程，以及unpark(Thread thread)方法來喚醒一個被阻塞的線程。

由此可知，thread2被阻塞起來，不在執行。。。。

假設這時，thread1還沒有釋放鎖（感覺時間過了半個世紀，其實這些操作，以計算機的速度，我們看了還沒有這些操作差不多），此時thread3線程調用lock方法。因為thread1還有沒有釋放鎖，所以調用AQS的acquire方法。進而調用tryAcquire方法，同樣返回false，所以繼續調用addWaiter方法。

private Node addWaiter(Node mode) {Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);// Try the fast path of enq; backup to full enq on failureNode pred = tail;if (pred != null) {node.prev = pred;if (compareAndSetTail(pred, node)) {pred.next = node;return node;}}enq(node);return node;}

因為此時同步隊列中有thread2方法，所以執行if里面的方法，直接將thread3對應的節點插入到同步隊列的末尾，然后返回。繼續調用acquireQueued方法。

進入自旋，第一次循環，很明顯thread3節點的前驅節點是thread2，不是head，所以執行shouldParkAfterFailedAcquire方法。因為thread2結點的waitStatus為0，所以通過同步方法設置waitStatus為-1，然后返回false。此時，第一次循環結束。執行第二次循環，hread3的前繼任然不是thread2，所以繼續執行shouldParkAfterFailedAcquire方法。此時thread2的waitStatus為-1，所以直接返回true。然后thread3執行parkAndCheckInterrupt方法。然后將thread3線程進行阻塞。

此時thread1終于結束了，調用unlock釋放鎖。

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

進而調用AQS的release放釋放鎖。

public final boolean release(int arg) {if (tryRelease(arg)) {Node h = head;if (h != null && h.waitStatus != 0)unparkSuccessor(h);return true;}return false;}

首先，調用NonFairSync中的tryRelease方法。

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;}

現將當前的state-1,如果為0，表示沒有線程持有鎖了，將持有鎖的線程設置為?null，設置state為0，放回true。如果state不等0，表示有重入鎖，設置state（不為0），然后返回false。設thread1沒有重入鎖，所以該方法返回true。然后進行if判斷，如果同步隊列有結點，并且頭結點的waitStatus不為0，則調用unparkSuccessor方法。

private void unparkSuccessor(Node node) {/** If status is negative (i.e., possibly needing signal) try* to clear in anticipation of signalling. It is OK if this* fails or if status is changed by waiting thread.*/int ws = node.waitStatus;if (ws < 0)compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);/** Thread to unpark is held in successor, which is normally* just the next node. But if cancelled or apparently null,* traverse backwards from tail to find the actual* non-cancelled successor.*/Node s = node.next;if (s == null || s.waitStatus > 0) {s = null;for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)if (t.waitStatus <= 0)s = t;}if (s != null)LockSupport.unpark(s.thread);}

第一步，將頭結點的waitStatus設為0，然后判斷head的下一個結點，即thead2結點是否為null，如果不為空，thread2的waitStatus值是否>0。很明顯，不執行這個if，那就執行下一個if，將thread2進行喚醒。我們知道，thread2在acquireQueued方法里被阻塞，然后喚醒后，繼續執行。進行第下一次的循環。

然后調用第一if，執行if里面的代碼。即將thread2結點設為頭結點，讓原來的head結點從同步隊列中清除。然后返回false。至此，thread2處于運行狀態。。。。

公平鎖和非公平鎖的區別：

在公平鎖中FairSync中，tryAcquire方法：

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {final Thread current = Thread.currentThread();int c = getState();if (c == 0) {if (!hasQueuedPredecessors() &&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;}

對比非公平鎖發現，

if (!hasQueuedPredecessors() &&compareAndSetState(0, acquires)) {

這個判斷多了一個!hasQueuedPredecessors方法，判斷同步隊列中是否還有等待的線程，如果沒有，當前線程就獲取state，如果有，就返回false，意味著將當前線程插入到同步隊列末尾。而非公平鎖就不看有沒有隊列，直接嘗試獲取鎖，如果沒有獲取到才插入到隊列的末尾。

可中斷的獲取鎖

當調用lockInterruptibly時：

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

然后調用AQS中的acquireInterruuptibly方法。

public final void acquireInterruptibly(int arg)throws InterruptedException {if (Thread.interrupted())throw new InterruptedException();if (!tryAcquire(arg))doAcquireInterruptibly(arg);}

首先查看當前線程的中斷標記為，如果為true,就拋異常。

private void doAcquireInterruptibly(int arg)throws InterruptedException {final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);boolean failed = true;try {for (;;) {final Node p = node.predecessor();if (p == head && tryAcquire(arg)) {setHead(node);p.next = null; // help GCfailed = false;return;}if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt())throw new InterruptedException();}} finally {if (failed)cancelAcquire(node);}} 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 GCfailed = false;return interrupted;}if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt())interrupted = true;}} finally {if (failed)cancelAcquire(node);}}

對比lock獲取鎖的acquireQueued方法和lockInterruptibly獲取鎖的doAcquireInterruptibly方法，發現當線程處于等待鎖的阻塞中，如果被中斷，doAcquireInterruptibly直接拋出異常，而acquireQueued只是將中斷標記位設為true，具體中斷不中斷看線程的心情。。。。。。。

轉載于:https://my.oschina.net/littlestyle/blog/1605294

總結

以上是生活随笔為你收集整理的多线程（三）之ReentrantLock源码解析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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