ReentrantLock獲取鎖釋放鎖的流程示例分析

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目的

  • 瞭解ReentrantLock獲取鎖、釋放鎖的流程

代碼

package com.company.aqs;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
 * ReentrantLock使用案例——使用ReentrantLock加鎖
 * @Author: Alan
 * @Date: 2022/11/20 01:38
 */
public class ReentrantLockDemo {
    private static int sum=0;
    private static Lock lock=new ReentrantLock();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(()->{
                // 獲取鎖
                lock.lock();
                try {
                    for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                        sum++;
                    }
                }finally {
                    // 在finally代碼塊中釋放鎖
                    lock.unlock();
                }
            }).start();
        }
        // 保證所有線程執行完畢
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(sum);
    }
}

這是一個使用ReentrantLock實現多線程求和的案例。代碼邏輯比較簡單，外層循環開啟瞭3個線程，然後每個線程內多sum累加1000，最後輸出結果sum=1000。

獲取鎖流程

整個過程概括起來就做瞭兩件事兒

  • 獲取鎖成功，執行當前線程內的其他事情；
  • 獲取鎖失敗，當前線程加入同步隊列，同時阻塞當前線程。

當第一個線程（thead0）進來的時候，通過CAS去修改state屬性為1，如果成功，通過setExclusiveOwnerThread()方法設置exclusiveOwnerThread為當前線程

此時，第二個線程（thead1）進來，再去通過CAS修改state屬性為1時，便會失敗，此時進入acquire()方法。最終會走到如下方法，首先通過tryAcquire()方法再次嘗試去獲取鎖。

tryAcquire()方法內部還是會通過CAS去獲取鎖。此時鎖資源還被第二線程持有，因此會返回false。現在接著看acquire()方法中的if判斷。

此時，會進行acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))判斷。這裡需要執行兩個方法addWaiter()和acquireQueued()。首先看addWaiter()方法。這個方法，我們需要關註以下四點。

  • 首先會先構造一個node節點（節點內部細節，可以看其構造方法）。
  • 如果tail（同步隊列尾節點指針）不為空，其實也就是同步隊列不為空，那麼就把第1步構建的節點通過尾插法加入隊列中，然後返回

如果同步隊列為空瞭，那麼執行enq()方法，這個方法為我們做瞭兩件事兒。

  • 如果同步隊列為空，那麼初始化隊列
  • 隊列初始化完成後，將node節點入隊。

通過addWaiter()方法和enq()方法，我們也可以看出來，AQS中的同步隊列是通過雙向鏈表來實現的，節點入隊和出隊，需要修改兩個指針才行（prev和next）。

addWaiter()方法執行執行完畢後，我們通過下面這張圖大致看下此時同步隊列中的節點指向情況。此處，不太理解可以再回頭看看enq()方法的執行流程。

addWaiter()方法執行執行完畢後，會返回入隊後的新節點。然後開始執行acquireQueued()方法。這個方法做瞭五件事兒。

  • 獲取當前節點的前驅節點p
  • 如果p是頭節點，那麼再次嘗試去獲取鎖，獲取鎖成功，就可以跳出循環
  • 獲取鎖失敗，通過shouldParkAfterFailedAcquire()去修改waitSatus為-1（為什麼修改為-1，這裡可以從AQS的源碼中找到原因，後續獲取鎖的流程也會遵從這個邏輯）

4. parkAndCheckInterrupt()方法會阻塞當前線程，同時，能夠返回當前線程的中斷狀態（Thread.interrupted()會清除中斷標記位）。

經過上述的一通操作，我們可以知道，線程1沒有獲取到鎖，被加入到瞭同步隊列，並且還對其進行瞭阻塞。概括下就是四個字“入隊”、“阻塞”。此時我們的同步隊列也變成如下所示。和上述執行完addWaiter()方法相比，隻是線程1節點的前驅節點，waitStaus被設置成瞭-1。

釋放鎖流程

整個過程（隻考慮釋放鎖成功）概括起來做瞭三件事兒

  • 釋放鎖資源；
  • 喚醒同步隊列中頭節點的後一個節點對應的線程
  • 步驟2被喚醒的該線程嘗試競爭鎖，競爭鎖成功，那麼更新同步隊列（即頭節點出隊）。

當第一個線程（thread0）執行完自己的業務流程後，就會釋放鎖。此時，我們來看看釋放鎖的流程又是什麼樣子的。調用unlock()方法可以對鎖進行釋放，需要註意的時，為瞭避免死鎖，需要將該方法的調用放在fiaally代碼塊中。

當thread0去釋放鎖時，會調用release()方法，該方法主要做瞭兩件事兒。

  • 調用tryRelease()方法釋放鎖

其方法內部，會將state設置為0，同時通過setExclusiveOwnerThread()方法設置exclusiveOwnerThread為當null，代表此時鎖資源被釋放，沒有任何線程持有鎖資源

如果第一步返回true，即釋放鎖成功，那麼開始第二步。第二步首先獲取同步隊列的頭節點，查看其waitStatus屬性。這裡我們把剛才獲取鎖過後，同步隊列中的節點情況再放一下。此時，我們的head節點的waitStatus為-1，因此會進入unparkSuccessor()方法

unparkSuccessor()方法，主要做瞭以下三件事兒。註意第三步，根據我們當前同步隊列的情況來看，LockSupport.unpark()方法會喚醒線程1。

當執行完unparkSuccessor()方法中的LockSupport.unpark()方法後，線程1（thread1）就會被喚醒瞭。線程1被喚醒過後，我們又來看看線程1的執行情況。此時線程1，會繼續執行acquireQueued()方法中的for循環（註意：這是一個死循環哦）。執行順序和獲取鎖時是一致的，和獲取鎖有所不同的時，此時執行第2步獲取鎖是會成功的（因為thread0已經釋放鎖瞭）。

獲取鎖成功後呢，會讓當前同步隊列中的頭節點出隊，此時，同步隊列中的節點情況如下所示。

此時，釋放鎖的邏輯就執行完成瞭。歸納起來其實也很簡單，首先釋放鎖資源，然後再喚醒同步隊列中頭節點的後一個節點對應的線程，最後，更新同步隊列（出隊）。

總結

以上便是ReentrantLock獲取鎖、釋放鎖的的大致流程。通過這篇文章，讀者對ReentrantLock的獲取鎖、釋放鎖過程有一個大致的瞭解瞭，細心的讀者可能會發現，獲取鎖時acquireQueued()方法中有一個隊cancelAcquire()方法的調用邏輯，這裡沒有詳細解釋，博主會在後面的文章中詳細來解釋這個方法的處理邏輯（flag先立下！！！）。

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