ReentrantLock源码解读

本文深入解析ReentrantLock的实现原理,包括其构造函数、非公平锁与公平锁的区别及内部类Sync的工作机制。

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ReentrantLock构造函数:

    // 无参构造函数,默认非公平
    public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }
    // 有参构造函数,参数:是否公平
    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

看下在ReentrantLock中的内部类Sync:

    abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;
    
        abstract void lock();
		// 调用场景:NonfairSync.lock()->acquire(1)(使用原子类更新state失败的场景下)
        final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
        	// 获取当前线程
            final Thread current = Thread.currentThread();
            // 获取线程获取独占锁的次数
            int c = getState();
            if (c == 0) {
            	// 原子性的更新state
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                	// 若成功,并设置获取锁的线程为当前线程
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            // 若获得锁的线程是当前线程
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            	// 在state的基础上加上参数acquires的值
            	// 这就是重入锁的实现逻辑
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                // 更新state
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

        protected final boolean tryRelease(int releases) {
        	// 重入锁的实现,类似一个计数器的逻辑
            int c = getState() - releases;
             // 是否为当前线程
            if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            boolean free = false;
             // 记录线程获取锁的次数为0则说明可以释放锁了
            if (c == 0) {
                free = true;
                // 将当前获取锁的线程设为null
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            setState(c);
            return free;
        }
        
		 // 是否当前线程获得独占锁
        protected final boolean isHeldExclusively() {
            // While we must in general read state before owner,
            // we don't need to do so to check if current thread is owner
            return getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
        }

        final ConditionObject newCondition() {
            return new ConditionObject();
        }
		
		// 返回获得锁的线程
        final Thread getOwner() {
            return getState() == 0 ? null : getExclusiveOwnerThread();
        }
		
		// 返回线程获取线程的次数
        final int getHoldCount() {
            return isHeldExclusively() ? getState() : 0;
        }
		
		// 是否有线程获取到锁
        final boolean isLocked() {
            return getState() != 0;
        }

        private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
            throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
            s.defaultReadObject();
            setState(0); // reset to unlocked state
        }
    }

Sync又有两个子类,分来用来实现非公平锁(默认)与公平锁,先看非公平锁的实现:

    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);
        }
    }

接下来看公平锁的实现:

     static final class FairSync extends Sync {
           final void lock() {
               // 调的是上面父类Sync的父类AbstractQueuedSynchronizer的acquire()
               acquire(1);
           }
           protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
               final Thread current = Thread.currentThread();
               int c = getState();
               if (c == 0) {
                   // hasQueuedPredecessors():通过判断"当前线程"是不是在CLH队列的队首,
                   // 来返回AQS中是不是有比“当前线程”等待更久的线程
                   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;
           }
       }

所以对比公平锁与非公平锁的实现,其实就是公平锁的tryAcquire(int acquires) 中多了一个!hasQueuedPredecessors()的判断,用来判断"当前线程"是不是在CLH队列的队首,来返回AQS中是不是有比“当前线程”等待更久的线程,实现如下:

    public final boolean hasQueuedPredecessors() {
        Node t = tail;
        Node h = head;
        Node s;
        // h!=t:队列不为空
        // (s = h.next) == null:队列为空
        // s.thread != Thread.currentThread():头结点的下一个线程不是当前线程
        return h != t && ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
    }

ReentrantLock获取锁的方法调用顺序

// 所在类:NonfairSync or FairSync
1、final void lock()
// 所在类:AbstractQueuedSynchronizer 实际arg写死成1了
2、public final void acquire(int arg)
// 所在类:NonfairSync or FairSync 实际acquires写死成1了
3、protected final boolean tryAcquire(int acquires)
内容概要:该研究通过在黑龙江省某示范村进行24小时实地测试,比较了燃煤炉具与自动/手动进料生物质炉具的污染物排放特征。结果显示,生物质炉具相比燃煤炉具显著降低了PM2.5、CO和SO2的排放(自动进料分别降低41.2%、54.3%、40.0%;手动进料降低35.3%、22.1%、20.0%),但NOx排放未降低甚至有所增加。研究还发现,经济性和便利性是影响生物质炉具推广的重要因素。该研究不仅提供了实际排放数据支持,还通过Python代码详细复现了排放特征比较、减排效果计算和结果可视化,进一步探讨了燃料性质、动态排放特征、碳平衡计算以及政策建议。 适合人群:从事环境科学研究的学者、政府环保部门工作人员、能源政策制定者、关注农村能源转型的社会人士。 使用场景及目标:①评估生物质炉具在农村地区的推广潜力;②为政策制定者提供科学依据,优化补贴政策;③帮助研究人员深入了解生物质炉具的排放特征和技术改进方向;④为企业研发更高效的生物质炉具提供参考。 其他说明:该研究通过大量数据分析和模拟,揭示了生物质炉具在实际应用中的优点和挑战,特别是NOx排放增加的问题。研究还提出了多项具体的技术改进方向和政策建议,如优化进料方式、提高热效率、建设本地颗粒厂等,为生物质炉具的广泛推广提供了可行路径。此外,研究还开发了一个智能政策建议生成系统,可以根据不同地区的特征定制化生成政策建议,为农村能源转型提供了有力支持。
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