Lock 锁底层实现

最新推荐文章于 2025-03-18 18:12:10 发布

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#java #jvm #开发语言

本文探讨了Lock接口及其实现类ReentrantLock，分析了Lock与synchronized的区别，包括可重入性、公平与非公平锁的概念。同时详细讲解了trylock和lock方法的内部机制，涉及AQS和CAS操作。

★ 1、讲讲 Lock 锁

是一个接口，有三个实现类，分别是常用的 可重入锁，读锁、写锁 。常用的是 可重入锁 。

加锁使用lock() 方法，解锁使用 unlock() 方法。Lock的底层是 AQS+CAS机制 实现。

Lock 常用子类 可重入锁ReentrantLock 有两种模式， 公平锁模式、非公平锁模式 。

`公平锁模式` 和 `非公平锁模式` 的应用

默认一般创建的是 非公平锁 ，就是允许线程插队，而不是按先来后到顺序
并发量高的，非公平可能会导致线程饿死 === 做中间件，比如rocketmq 就需要关注锁公平和不公平
- mq 消息队列的应用,比如网易云多个用户的评论->mq-> 如果是非公平锁，那么导致线程饥饿，导致等待时间过长-不稳定
- 解决：mq源码的queue包下有：
  
  RoundQueue(线程不安全)，ConcurrentTreeMap(线程安全-put 方法使用了lock 加锁，且 lock = new ReentrantLock(true); )

可重入锁的意思是对于同一线程可以重复去获取锁。应用场景--递归，例如文件夹遍历目录下的所有文件名。

★ 2、和synchronized的使用区别/ 说说lock 和 synchronized 锁的区别

synchronized 是一个 关键字 ，使用C++实现的， 没办法控制锁的开始、锁结束，也没办法中断线程的执行
而 lock 是 java层面的实现 ，可以获取锁的状态，开启锁，释放锁，通过设置可以中断线程的执行，更加灵活
是否自动是否锁：synchronized 会自动是否锁，而 lock 需要手动调用unlock 方法释放，否则会死循环

lock.lock();//其他没有拿到锁的线程？阻塞 卡着不动
boolean res = lock.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);//一秒之后如果没有拿到锁，就返回false

lock.lockInterruptibly();//中断方法

★ 3、讲讲 trylock、lock方法

lock 锁设计上的核心成员：锁状态、锁拥有者、等待队列

源码方面：在 ReentrantLock 中使用了关键成员是同步器AQS（源码中的Sync）

trylock方法：获取锁/是否锁成功

锁的状态，0 代表未占用锁，大于0 则代表占用锁的次数。
首先当前线程 以CAS的方式，尝试将锁的状态从0修改成1 ，就是尝试获取锁。
获取到了就把当前线程设置给AQS的属性exclusiveOwnerThread，也就是 指明当前锁的拥有者是当前线程 。

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {//如果占用锁的是当前线程，则代表重入次数
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

lock方法：加锁

非公平锁模式，首先当前线程 以CAS的方式，尝试将锁的状态从0修改成1 ，就是尝试获取锁。
获取到了就把当前线程设置给AQS的属性exclusiveOwnerThread，也就是 指明当前锁的拥有者是当前线程 。
当前锁已经被占用，线程会进入等待队列，不断地抢锁，抢到锁直接从等待队列弹出，否则判断线程的状态是否需要挂起（阻塞），这里循环抢锁，不断调用了尝试获取锁的方法，也利用了CAS思想。

// 非公平锁模式 lock = new ReentrantLock();
final void lock() {
    // 首先以 CAS 的方式，尝试将state 从0修改成1 
   if (compareAndSetState(0, 1))
         setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
   else
         acquire(1);
}

// compareAndSetState(0, 1)--> CAS 机制
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
 // See below for intrinsics setup to support this
  return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}


// acquire(1);--> CAS 机制
    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))//进入等待队列，继续不断尝试获取锁，直到抢到锁则弹出队列，否则判断线程的状态是否需要挂起
            selfInterrupt();
    }

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 GC
                    failed = false;
                    return interrupted;
                }
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())//判断线程的状态是否需要挂起
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

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