Java并发编程J.U.C之锁的获取与释放

时间:2022-12-05 00:13:51
 在这一篇文章我们将来以ReentrantLock为例,来分析一下锁的获取和释放的过程,让大家能够对锁的获取和释放的整体过程有一个了解。

一、锁的获取

先看下ReentrantLock的lock()方法,整个方法只有一行,调用acquire方法,看看acquire方法的实现:

public final void acquire(intarg) { 
if(!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
这段代码的实现也是比较简洁,先尝试一次tryAcquire操作,如果失败,则把当前线程加入到同步队列中去,这个时候可能会反复的阻塞与唤醒这个线程,直到后续的tryAcquire(看acquireQueued的实现)操作成功。

再看看tryAcquire的实现:

protectedfinal booleantryAcquire(int acquires) { 
finalThread current = Thread.currentThread();
intc = getState();
if(c == 0) {
if(isFirst(current) &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
returntrue;
}
}
elseif (current == getExclusiveOwnerThread()) {
intnextc = c + acquires;
if(nextc < 0)
thrownew Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
returntrue;
}
returnfalse;
}
这段代码是尝试获取锁的过程,它先判断当前的AQS的state值,如果为0,则表示该锁没有被持有过,如果这个时候同步队列是空的或者当前线程就是在同步队列的头部,那么修改state的值,并且设置排他锁的持有线程为当前线程

如果大于0,则判断当前线程是否是排他锁的持有线程,如果是,那么把state值加1(注意state是int类型的,所以state的最大值是就是int的最大值)

如果第一次tryAcquire()操作失败,那么就把当前线程加入到等待队列中去,看addWaiter()方法:

private Node addWaiter(Node mode) { 
Node node =new Node(Thread.currentThread(), mode);
// Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
Node pred = tail;
if(pred != null) {
node.prev = pred;
if(compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
returnnode;
}
}
enq(node);
returnnode;
}
这段代码中先尝试了一下了下enq()方法中等待队列不为空的情况,如果失败,再调用enq()方法将当前线程加入等待队列,enq()的过程我们已经在上一篇文章中讲过了,不再赘述。

最后在当前线程被加入到等待队列中去以后,再调用acquireQueued去获取锁,看看acquireQueued的代码:

final boolean acquireQueued(finalNode node, int arg) { 
try{
booleaninterrupted = false;
for(;;) {
finalNode p = node.predecessor();
if(p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next =null; // help GC
returninterrupted;
}
if(shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted =true;
}
}catch (RuntimeException ex) {
cancelAcquire(node);
throwex;
}
}

这段代码中拿到当前线程在同步队列中的前面一个节点,如果这个节点是是头部,那么马上进行一次tryAcquire操作,如果操作成功,那么把当前线程弹出队列,整个操作就此结束。如果这个节点不是头部或者说tryAcquire操作失败的话,那么就判断是不是要将当前线程给阻塞掉(shouldParkAfterFailedAcquire)方法:判断当前线程是否应该被阻塞掉,实际上判断的是当前线程的前一个节点的状态,如果前一个节点的状态小于0(condition或者signal),那么返回true,阻塞当前线程;如果前一个节点的状态大于0(cancelled),则向前遍历,直到找到一个节点状态不大于0的节点,并且将中间的cancelled状态的节点全部踢出队列;如果前一个节点的状态等于0,那么将其状态置为-1(signal),并且返回false,等待下一次循环的时候再阻塞。

整个锁的获取过程就是这样,我们再来总结一下整个过程:acquire()方法会先调用一次tryAcquire方法获取一次锁,如果失败,则把当前线程加入到等待队列中去,然后再调用acquireQueued获取锁,acquireQueued在当前节点不在头部的时候会把当前线程的前一个结点的状态置为SIGNAL,然后阻塞当前线程。当当前线程到了队列的头部的时候,那么获取锁的操作就会成功返回。

二、锁的释放

首先,我们知道在acquireQueued方法中,如果一个线程成功获取到了锁,那么它就应该是整个等待队列的head节点,然后,我们再来看一看unlock()方法,和lock()方法一样,unlock()方法也是只有一行代码,直接调用release()方法,我们看看release()方法的实现:

public final boolean release(intarg) { 
if(tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if(h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
returntrue;
}
returnfalse;
}
这个过程首先调用tryRelease方法,如果锁已经完全释放,那么就唤醒下一个节点,先来看看tryRelease方法:
protectedfinal booleantryRelease(int releases) { 
intc = getState() - releases;
if(Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
thrownew IllegalMonitorStateException();
booleanfree = false;
if(c == 0) {
free =true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
setState(c);
returnfree;
}

这段代码首先获取当前AQS的state状态并且将其值减一,如果结果等于0(锁已经被完全释放),那么将排他锁的持有线程置为null。将AQS的state状态置为减一后的结果。

然后再看看唤醒继任节点的代码:

private void unparkSuccessor(Node node) { 
compareAndSetWaitStatus(node, Node.SIGNAL,0);
Node s = node.next;
if(s == null || s.waitStatus > 0) {
s =null;
for(Node t = tail; t != null&& t != node; t = t.prev)
if(t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
if(s != null)
LockSupport.unpark(s.thread);
}

这段代码先清除当前节点的waitStatus为0,然后判断下一个节点是不是null或者cancelled的状态,如果是,则从队列的尾部往前开始找,找到一个非cancelled状态的节点,最后唤醒这个节点。

最后,总结一下释放操作的整个过程:其实整个释放过程就做了两件事情,一个是将state值减1,然后就是判断锁是否被完全释放,如果被完全释放,则唤醒继任节点。

三、整体过程描述

看了上面的锁的获取与释放操作以后,整体过程还是比较清晰的,在文章的最后,我们把获取与释放操作串在一起在简单看一下:

  • 获取锁的时候将当前线程放入同步队列,并且将前一个节点的状态置为signal状态,然后阻塞
  • 当这个节点的前一个节点成功获取到锁,前一个节点就成了整个同步队列的head。
  • 当前一个节点释放锁的时候,它就唤醒当前线程的这个节点,然后当前线程的节点就可以成功获取到锁了
  • 这个时候它就到整个队列的头部了,然后release操作的时候又可以唤醒下一个。

转载地址:http://www.goldendoc.org/2011/06/lock_acquire_release/