Java 并发编程揭秘：基于 JDK 源码剖析 ReentrantLock 的设计与实现

2023-09-29 20:32:02

Java并发编程利器：深入剖析ReentrantLock

在多核处理器的时代，并发编程已经成为软件开发的基石，而Java作为一门面向对象、多线程的语言，提供了丰富的并发编程支持。其中，ReentrantLock作为重量级锁在Java并发编程中扮演着举足轻重的角色，本文将带你深入它的设计思想和实现原理。

ReentrantLock的设计思想

ReentrantLock是一种可重入锁，即同一个线程可以多次获取同一个锁。这种设计思想避免了死锁问题，因为线程可以重复获取已经持有的锁。

ReentrantLock还提供了公平锁和非公平锁两种实现。公平锁保证线程获取锁的顺序与请求锁的顺序一致，而非公平锁则不保证顺序。非公平锁在大多数情况下性能优于公平锁，但公平锁在某些场景下可以避免饥饿问题。

ReentrantLock的实现原理

ReentrantLock的核心实现是一个同步队列（SyncQueue） ，这是一个双向链表，用于存储所有等待获取锁的线程。每个线程都对应一个等待状态（WAITING）、获取锁状态（LOCKED）和释放锁状态（UNLOCKED）。

当一个线程尝试获取锁时，如果锁已被其他线程获取，则该线程会被添加到同步队列的尾部并进入等待状态。当锁被释放后，同步队列头部（等待队列最前面的线程）的线程会获取锁并进入获取锁状态。

ReentrantLock的可重入性是通过一个持有计数（holdCount） 实现的。持有计数表示线程获取锁的次数。每次线程获取锁时，持有计数加一；释放锁时，持有计数减一。当持有计数为零时，表示该线程已不再持有锁，可以将锁释放给其他线程。

基于JDK源码的ReentrantLock实现分析

构造函数

ReentrantLock提供两个构造函数：无参构造函数和带布尔参数的构造函数，用于指定是否创建公平锁。公平锁的实现通过公平性（fairness） 变量控制。

获取锁

获取锁的操作由lock() 和lockInterruptibly() 方法实现。lock() 方法会一直阻塞线程，直到获取锁为止，而lockInterruptibly() 方法可以响应中断而返回。

获取锁的过程主要包括：

检查当前线程是否已经持有锁，如果是，增加持有计数并返回。
如果锁已被其他线程获取，将当前线程添加到同步队列并进入等待状态。
当同步队列头部的线程获取锁时，该线程从同步队列中移除并进入获取锁状态。

释放锁

释放锁的操作由unlock() 方法实现。释放锁的过程主要包括：

检查当前线程是否持有锁，如果不是，抛出异常。
如果当前线程持有锁，减少持有计数。
如果持有计数为零，释放锁并唤醒同步队列中等待的线程。

JDK源码分析示例

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockExample {

    private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                // 获取锁后的代码...
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        });

        thread.start();
    }
}