JDK成长记18： ReentrantLock (1) 通过首次加锁初识AQS

file

上一章你应该掌握了Atomic的底层原理-CAS。接下来进入另一个重要的一个知识AQS。我们通过ReentrantLock这个类来讲讲AQS这个知识。

file

从上图可以看出，ReentractLock、ReadWriteReentractLock，这些锁API底层是基于AQS+CAS+volatile来实现的，一般不会直接使用，常使用的是一些并发集合API，但是它们的底层大多还是基于ReentrantLock或者AQS来实现的。

ReentrantLock属于java并发包里的底层的API，专门支撑各种java并发类的底层的逻辑实现。

ReenranctLock的内容比较多，计划分6节来讲。

第一节讲一下初识ReenranctLock加锁的AQS底层原理
第二节讲一下ReenranctLock加锁入队的AQS底层原理
第三节讲一下ReenranctLock释放锁的底层原理
第四节讲一下ReenranctLock锁的可重入、公平、非公平
第五节讲一下ReentrantReadWriteLock读写锁的原理
第六节讲一下ReenranctLock中condition的应用

Hello ReentrantLock

<div class="output_wrapper" id="output_wrapper_id" style="width:fit-content;font-size: 16px; color: rgb(62, 62, 62); line-height: 1.6; word-spacing: 0px; letter-spacing: 0px; font-family: 'Helvetica Neue', Helvetica, 'Hiragino Sans GB', 'Microsoft YaHei', Arial, sans-serif;"><h3 id="hdddd" style="width:fit-content;line-height: inherit; margin: 1.5em 0px; font-weight: bold; font-size: 1.3em; margin-bottom: 2em; margin-right: 5px; padding: 8px 15px; letter-spacing: 2px; background-image: linear-gradient(to right bottom, rgb(43,48,70), rgb(43,48,70)); background-color: rgb(63, 81, 181); color: rgb(255, 255, 255); border-left: 10px solid rgb(255,204,0); border-radius: 5px; text-shadow: rgb(102, 102, 102) 1px 1px 1px; box-shadow: rgb(102, 102, 102) 1px 1px 2px;"><span style="font-size: inherit; color: inherit; line-height: inherit; margin: 0px; padding: 0px;">Hello ReentrantLock</span></h3></div>

很多人可能没有用过ReentrantLock，在一些并发情况下因为要保证一些原子性操作，可能也会用到。但是大多数人很少接触高并发的场景，所以用这个类的人可能很少。

但是在一些开源项目中还是有使用到的，比如Spring Cloud的Eureka组件。有时候面试也经常考AQS或者并发集合的问题。所以掌握ReentrantLock的原理是非常有必要的。这样你可以驾轻就熟的理解它在开源项目的使用，更不会在面试的时候被问住。

第一点还是先来看个HelloWorld的例子。我们为了保证某些操作同一时间只能有一个线程操作，会对整个操作加一个锁。除了synchronized之外，我们还可以使用ReentrantLock。假设有一个操作是j++。

那么Hello ReentrantLock代码如下：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockDemo {

 static int j = 1;

 public static void main(String[] args) {
  ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
  for(int i=0;i<10;i++){
    new Thread(()->{
      reentrantLock.lock();
      try{
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-结果："+j++);
      }catch (Exception e){

      }finally {
        reentrantLock.unlock();
      }
    }).start();
  }
 }
}

从一张图先鸟瞰下ReentrantLock核心的3个小组件

ReentrantLock核心有3个组件：state、owner、AQS（抽象队列同步器，简单的说就是一个等待队列Queue）。如下图所示：

file

这里你可以先有个概念就行，你之后会详细的了解到这几个组件作用的。

从JDK源码层面找一下对应的组件

当你有了上面这张图的印象后，我们通过Hello ReentrantLock来分析下它的组件在源码里的体现。

首先还是简单看下ReentrantLock的源码脉络：

file

它主要脉络有：

1）一些API方法

2） 3个内部类，Sync、NonfairSync、Sync

3） 1个成员变量Sync对象

了解了源码的大体脉络后，接下来，分析下它的使用过程，首先肯定是创建ReentrantLock，让我们来看看构造函数做了些什么。代码如下：

  public ReentrantLock() {
   sync = new NonfairSync();
  }

发现内部创建了对象，赋值给了sync变量。创建了一个内部类NonfairSync。继续深入可以发现如下代码关系：

static final class NonfairSync extends Sync {


}

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {

原来sync变量创建的对象是NonfairSync。它的父类是Sync，而这个类的父类是一个AbstractQueuedSynchronizer。

你可以猜想下，AbstractQueuedSynchronizer这个是什么东西？从名字上看叫做抽象队列同步器，缩写是AQS。咿？这个就是之前提到的AQS啊。

仔细看一下这个父类的脉络：

file

首先也是一对方法，但是变量很有意思，UnSafe类、head/tail+Node内部类？这让你想到了什么？

没错，上一节刚接触过的Aotmic类Unsafe可以用作CAS操作的类，head/tail+Node内部类这不是LinkedList的数据结构么？这个就是上面提到过ReentrantLock的3个小组件之一——等待队列Queue。

等等，还有一个int state。这个就是上面提到过ReentrantLock的3个小组件之一——state变量。你可以看到这几个变量对应的代码如下：

  private transient volatile Node head;

  private transient volatile Node tail;
 
  private volatile int state;

state和等待队列都看到了，owner去哪里了？原来AQS还有一个父类。叫做AbstractOwnableSynchronizer。

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer

 extends AbstractOwnableSynchronizer

 implements java.io.Serializable {

}



public abstract class AbstractOwnableSynchronizer

 implements java.io.Serializable {

 protected AbstractOwnableSynchronizer() { }

 private transient Thread exclusiveOwnerThread;

 protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
  exclusiveOwnerThread = thread;
 }

 protected final Thread getExclusiveOwnerThread() {
 return exclusiveOwnerThread;
 }

}

上面这个exclusiveOwnerThread不就是独占的owner线程的意思么？原来在这里。这就是3个小组件中的最后一个组件-owner****线程。

到这里你就可以得到如下所示的源码层面的组件图：

file

从JDK源码层面理解AQS的线程第一次加锁

当你有了ReentrantLock加锁过程的这个概念后，来分析下源码就很简单多了。

lock方法源码如下：

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

直接调用了ReentrantLock的内部类，Sync组件的lock方法，而Sync组件lock方法是抽象的。如下：

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
   abstract void lock();
}

sync这变量，在之前的构造函数中，实际创建的是AbstractQueuedSynchronizer（AQS）的子类：NonfairSync。所以找到对应的lock方法代码如下：

  static final class NonfairSync extends Sync {
   final void lock() {
     if (compareAndSetState(0, 1))
       setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
     else
       acquire(1);
   }

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

首先进行的操作就是一个CAS，更新了volatile变量state，由0变为1。底层使用的是Unsafe类操作的。这个和Aotmic类的底层CAS没什么区别，是类似的。

  protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
   // See below for intrinsics setup to support this
   return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
  }

之后如果没有别的线程并发进行CAS操作的话，这个修改state的CAS操作会成功，并且返回true。接着就会执行setExclusiveOwnerThread方法了。这个方法代码如下：

  protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
   exclusiveOwnerThread = thread;
  }

实际就是设置了当前加锁的线程owner。接着整个lock方法就结束了。

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

最终你会得到如下所示的流程图：

file

小结&思考

其实通过这节，你可以发现，其实ReentrantLock就是基于3个属性来实现的，只不过是通过抽象类封装了公共的属性和操作，而这个抽象类常被我们成为AQS。

第一次加锁其实主要就是

1、CAS操作一个volatile的int state从0->1

2、是指一个onwerThread为加锁线程

3、如果没有竞争的情况，和Queue队列没关系的。

大家学完一个技术后，一定要一会思考和提炼关键点、抽象思想，这个是非常重要的！

本文由博客一文多发平台 OpenWrite 发布！

人面猴
序言：七十年代末，一起剥皮案震惊了整个滨河市，随后出现的几起案子，更是在滨河造成了极大的恐慌，老刑警刘岩，带你破解...
沈念sama阅读 217,185评论 6赞 503
死咒
序言：滨河连续发生了三起死亡事件，死亡现场离奇诡异，居然都是意外死亡，警方通过查阅死者的电脑和手机，发现死者居然都...
沈念sama阅读 92,652评论 3赞 393
救了他两次的神仙让他今天三更去死
文/潘晓璐我一进店门，熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来，“玉大人，你说我怎么就摊上这事。” “怎么了？”我有些...
开封第一讲书人阅读 163,524评论 0赞 353
道士缉凶录：失踪的卖姜人
文/不坏的土叔我叫张陵，是天一观的道长。经常有香客问我，道长，这世上最难降的妖魔是什么？我笑而不...
开封第一讲书人阅读 58,339评论 1赞 293
港岛之恋（遗憾婚礼）
正文为了忘掉前任，我火速办了婚礼，结果婚礼上，老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己，他们只是感情好，可当我...
茶点故事阅读 67,387评论 6赞 391
恶毒庶女顶嫁案：这布局不是一般人想出来的
文/花漫我一把揭开白布。她就那样静静地躺着，像睡着了一般。火红的嫁衣衬着肌肤如雪。梳的纹丝不乱的头发上，一...
开封第一讲书人阅读 51,287评论 1赞 301
城市分裂传说
那天，我揣着相机与录音，去河边找鬼。笑死，一个胖子当着我的面吹牛，可吹牛的内容都是我干的。我是一名探鬼主播，决...
沈念sama阅读 40,130评论 3赞 418
双鸳鸯连环套：你想象不到人心有多黑
文/苍兰香墨我猛地睁开眼，长吁一口气：“原来是场噩梦啊……” “哼！你这毒妇竟也来了？” 一声冷哼从身侧响起，我...
开封第一讲书人阅读 38,985评论 0赞 275
万荣杀人案实录
序言：老挝万荣一对情侣失踪，失踪者是张志新（化名）和其女友刘颖，没想到半个月后，有当地人在树林里发现了一具尸体，经...
沈念sama阅读 45,420评论 1赞 313
护林员之死
正文独居荒郊野岭守林人离奇死亡，尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋以下内容为张勋视角年9月15日...
茶点故事阅读 37,617评论 3赞 334
白月光启示录
正文我和宋清朗相恋三年，在试婚纱的时候发现自己被绿了。大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
茶点故事阅读 39,779评论 1赞 348
活死人
序言：一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡，死状恐怖，灵堂内的尸体忽然破棺而出，到底是诈尸还是另有隐情，我是刑警宁泽，带...
沈念sama阅读 35,477评论 5赞 345
日本核电站爆炸内幕
正文年R本政府宣布，位于F岛的核电站，受9级特大地震影响，放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜，却给世界环境...
茶点故事阅读 41,088评论 3赞 328
男人毒药：我在死后第九天来索命
文/蒙蒙一、第九天我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。院中可真热闹，春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
开封第一讲书人阅读 31,716评论 0赞 22
一桩弑父案，背后竟有这般阴谋
文/苍兰香墨我抬头看了看天上的太阳。三九已至，却和暖如春，着一层夹袄步出监牢的瞬间，已是汗流浃背。一阵脚步声响...
开封第一讲书人阅读 32,857评论 1赞 269
情欲美人皮
我被黑心中介骗来泰国打工，没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留，地道东北人。一个月前我还...
沈念sama阅读 47,876评论 2赞 370
代替公主和亲
正文我出身青楼，却偏偏与公主长得像，于是被迫代替她去往敌国和亲。传闻我的和亲对象是个残疾皇子，可洞房花烛夜当晚...
茶点故事阅读 44,700评论 2赞 354

JDK成长记18： ReentrantLock (1) 通过首次加锁初识AQS

Hello ReentrantLock

从一张图先鸟瞰下ReentrantLock核心的3个小组件

从JDK源码层面找一下对应的组件

从JDK源码层面理解AQS的线程第一次加锁

小结&思考

推荐阅读更多精彩内容