Java多线程编程-7 J.U.C之各种锁

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本文详细解析了Java并发库中的锁机制，包括ReentrantLock的公平与非公平锁实现，ReentrantReadWriteLock的读写锁特性，以及StampedLock的版本控制锁。通过源码分析，阐述了这些锁如何解决并发访问问题。

1、什么是锁

A lock is a tool for controlling access to a shared resource by
multiple threads. Commonly, a lock provides exclusive access to a
shared resource

引用自JDK的java.util.concurrent.locks.Lock接口说明

锁即是对共享资源的独占访问的一种机制，当然也有共享资源的锁，如ReadWriteLock中的Read锁。

2、聊聊J.U.C中的锁

JUC中的locks包，包含了多种锁，如可重入锁、读写锁及带戳的版本锁等等，下面我们看一下这几个锁的用途及区别。

2.1 ReentrantLock

ReentrantLock提供了公平和非公平锁，默认非公平。
分别由FairSyncNonfairSync实现，其父类为Sync，而Sync父类为AbstractQueuedSynchronizer，AQS的核心代码实现了ReentrantLock的锁的逻辑。

这一章节从源码角度说明公平和非公平锁的区别以及AQS是如何实现lock和unlock逻辑的：

java.util.concurrent.locks.ReentrantLock#lock

public void lock() {
	// 调用lock，根据构造的是FairSync还是NonfairSync，调用其lock方法
    sync.lock();
}
// 先看FairSync.lock();
final void lock() {
   // AQS的acquire()
   acquire(1);
}
// java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer#acquire
public final void acquire(int arg) {
	// 这里分为3步：
	// 第一步：tryAcquire(arg)，如果成功获取到锁，则lock()方法取锁完成，否则继续下一步
	// 第二步：addWaiter()，构造Node并加入到队尾（AQS包含了head、tail指针，用于记录等待获取锁的线程队列）
	// 第三步：acquireQueued(),获取队列里的Node，判断其是否真正获取到锁，如果没有获取到锁且需要被打断则执行selfInterrupt()将当前线程打断
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}
// java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.FairSync#tryAcquire
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    // state是AQS中的成员变量，记录锁的状态，大于0说明锁被某个线程锁住了
    int c = getState();
    // state == 0, 说明锁没有被占
    if (c == 0) {
    	// 判断前面是否还要线程再等待（公平锁就是要等前面先排队的）
        if (!hasQueuedPredecessors() &&
            compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    // 如果当前线程已经加过锁了，则把state再往上加，这里就有可重入锁的味道
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0)
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}
// 非公平锁调用的加锁代码是其父类Sync的nonfairTryAcquire方法
// java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.Sync#nonfairTryAcquire
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) {
    	// 看到锁没被其他线程占住，二话不说直接抢占
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    // 这里和公平锁一样的逻辑, state往上加
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0) // overflow
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

以上就是ReenTrantLock的加锁逻辑。

下面分析下unlock释放锁：
java.util.concurrent.locks.ReentrantLock#unlock

public void unlock() {
    sync.release(1);
}
// java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer#release
public final boolean release(int arg) {
	// 先释放锁
    if (tryRelease(arg)) {
    	// AQS中的head指针，head不为空，说明加锁等待队列不为空，需要唤醒head指针中记录的thread，并将其唤醒
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}
// java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.Sync#tryRelease
// 释放锁其实就是修改state的值，如果为0，说明锁释放成功
protected final boolean tryRelease(int releases) {
    int c = getState() - releases;
    // 这里判断了释放锁的线程和持有锁的线程是不是同一个线程
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    boolean free = false;
    if (c == 0) {
        free = true;
        setExclusiveOwnerThread(null);
    }
    setState(c);
    return free;
}