什么是可重入(Reentrancy)?
可重入是指一段代码或函数在执行过程中可以被多次调用(包括递归调用或中断后再次调用),且不会因多次调用导致数据错误或逻辑异常。可重入的代码具有以下特点:
- 不依赖全局或静态变量:每次调用时状态独立。
- 无共享资源竞争:不修改共享数据或正确处理并发访问。
- 可中断恢复:执行过程中被中断后再次调用仍能正常完成。
示例:
递归函数 factorial(n)
如果不依赖外部状态(如全局变量),仅通过参数传递状态,则是可重入的。不可重入的例子可能是一个函数在计算过程中修改全局计数器,导致多次调用时结果混乱。
什么是可重入锁(Reentrant Lock)?
可重入锁是一种同步机制,允许同一个线程多次获取同一把锁而不被阻塞。它通过记录持有锁的线程和重入次数来实现:
- 当线程首次获取锁时,标记为 “已占用” 并记录线程 ID。
- 同一线程再次尝试获取锁时,重入次数递增,不会被阻塞。
- 释放锁时,重入次数递减,当次数为 0 时才真正释放锁。
常见实现:
- Java 中的
synchronized
关键字和ReentrantLock
类。 - C++ 的
std::recursive_mutex
。
可重入锁解决的问题
-
避免同一线程的死锁:
若锁不可重入,同一线程在递归调用或嵌套加锁时会因无法再次获取锁而死锁。例如:class Counter { private int count = 0; private final Object lock = new Object(); public void increment() { synchronized (lock) { count++; // 假设此处需要调用另一个方法,再次获取lock nestedMethod(); } } private void nestedMethod() { synchronized (lock) { // 若锁不可重入,此处会阻塞 count++; } } }
可重入锁允许线程多次获取同一锁,避免上述情况。
-
简化递归代码的同步逻辑:
在递归函数中使用可重入锁,无需手动管理锁的释放次数。 -
提高并发效率:
可重入锁避免了不必要的线程阻塞,减少上下文切换开销。
不可重入锁的问题
若使用不可重入锁(如 Java 早期的 synchronized
非可重入版本),同一线程多次加锁会导致:
- 死锁:线程因无法获取已持有的锁而永久阻塞。
- 代码复杂度增加:需手动管理锁的层级或使用替代同步方案。
总结
通过合理使用可重入锁,可以显著提升多线程程序的健壮性和可维护性。