详解Java ReentrantLock可重入,可打断,锁超时的实现原理

Java ReentrantLock可重入 Java ReentrantLock可打断 Java ReentrantLock锁超时 Java ReentrantLock 2022-11-13 18:11:35 585人浏览安东尼

Python 官方文档：入门教程 => 点击学习

摘要

目录概述可重入可打断锁超时概述前面讲解了ReentrantLock加锁和解锁的原理实现，但是没有阐述它的可重入、可打断以及超时获取锁失败的原理，本文就重点讲解这三种情况。建议大家先

概述

前面讲解了ReentrantLock加锁和解锁的原理实现，但是没有阐述它的可重入、可打断以及超时获取锁失败的原理，本文就重点讲解这三种情况。建议大家先看下这篇文章了解下ReentrantLock加锁的基本原理，图解Java ReentrantLock公平锁和非公平锁的实现。

可重入

可重入是指一个线程如果获取了锁，那么它就是锁的主人，那么它可以再次获取这把锁，这种就是理解为重入，简而言之，可以重复获取同一把锁，不会造成阻塞，举个例子如下：

@Test
    public void testRepeatLock() {
        ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
        // 第一次获取锁
        reentrantLock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " first get lock");
            // 再次获取锁
            tryAgainLock(reentrantLock);
        }finally {
            reentrantLock.unlock();
        }
    }

    public void tryAgainLock(ReentrantLock reentrantLock) {
        // 第2次获取锁
        reentrantLock.lock();
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " second get lock");
        }finally {
            reentrantLock.unlock();
        }
    }

同一个线程使用ReentrantLock多次获取锁，不会阻塞
申请几把锁，最后需要解除几把锁

那你知道是怎么实现的吗？

概述的文章中已经讲解了ReentrantLock整个的加锁和解锁的过程，可重入实现就在其中，这里着重关注下申请锁的方法tryAcquire，最终会调用nonfairTryAcquire方法。

如果已经有线程获得了锁, 并且占用锁的线程是当前线程, 表示【发生了锁重入】，上图的1步骤
计算出冲入的次数nextc等于当前次数+新增次数，acquires等于1
更新 state 的值，这里不使用 cas 是因为当前线程正在持有锁，所以这里的操作相当于在一个管程内, 然后返回ture,表明再次申请锁成功。

可打断

ReentrantLock相比于synchronized加锁一大优势是可打断，那么什么是可打断呢？ReentrantLock通过lockInterruptibly()加锁，如果一直获取不到锁，可以通过调用线程的interrupt()提前终止线程。举个例子：

@Test
    public void testInterrupt() throws InterruptedException {
        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

        // 主线程普通加锁
        System.out.println("主线程优先获取锁");
        lock.lock();
        try {
            // 创建子线程
            Thread t1 = new Thread(() -> {
                try {
                    System.out.println("t1尝试获取打断锁");
                    lock.lockInterruptibly();
                } catch (InterruptedException e) {
                    System.out.println("t1没有获取到锁，被打断，直接返回");
                    return;
                }
                try {
                    System.out.println("t1成功获取锁");
                } finally {
                    System.out.println("t1释放锁");
                    lock.unlock();
                }
            }, "t1");
            t1.start();
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println("主线程进行打断锁");
            t1.interrupt();
        } finally {
            // 主线程解锁
            System.out.println("主线程优先释放锁");
            lock.unlock();
        }
    }

通过lockInterruptibly()方法获取锁期间，可以通过线程的interrupt()方法进行中断，跳出阻塞。
通过lock()方法获取锁，不会响应interrupt()方法的中断。

接下来我们看看它的实现原理。

public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {    
    sync.acquireInterruptibly(1);
}
public final void acquireInterruptibly(int arg) {
    // 被其他线程打断了直接返回 false
    if (Thread.interrupted())
		throw new InterruptedException();
    if (!tryAcquire(arg))
        // 没获取到锁，进入这里
        doAcquireInterruptibly(arg);
}

先判断一次线程是否中断了，是的话，直接抛出中断异常。
如果没有获取锁，调用doAcquireInterruptibly()方法。

private void doAcquireInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
    // 封装当前线程，加入到队列中
    final node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);
    boolean failed = true;
    try {
        // 自旋
        for (;;) {
            // shouldParkAfterFailedAcquire判断是否需要阻塞等待
            // parkAndCheckInterrupt方法是阻塞线程，返回true，表示线程被中断了
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt())
                // 【在 park 过程中如果被 interrupt 会抛出异常】, 而不会再次进入循环获取锁后才完成打断效果
                throw new InterruptedException();
        }    
    } finally {
        // 抛出异常前会进入这里
        if (failed)
            // 取消当前线程的节点
            cancelAcquire(node);
    }
}

addWaiter将当前线程封装成节点，加入到队列中。
shouldParkAfterFailedAcquire()方法判断如果前一个节点的等待状态时-1，则返回true,表示当前线程需要阻塞。
parkAndCheckInterrupt()方法是阻塞线程，返回true，表示线程被中断了，抛出InterruptedException异常。
最后调用cancelAcquire()方法，将当前节点状态设置为cancel取消状态。

// 取消节点出队的逻辑
private void cancelAcquire(Node node) {
    // 判空
    if (node == null)
        return;
	// 把当前节点封装的 Thread 置为空
    node.thread = null;
	// 获取当前取消的 node 的前驱节点
    Node pred = node.prev;
    // 前驱节点也被取消了，循环找到前面最近的没被取消的节点
    while (pred.waitStatus > 0)
        node.prev = pred = pred.prev;
    
	// 获取前驱节点的后继节点，可能是当前 node，也可能是 waitStatus > 0 的节点
    Node predNext = pred.next;
    
	// 把当前节点的状态设置为 【取消状态 1】
    node.waitStatus = Node.CANCELLED;
    
	// 条件成立说明当前节点是尾节点，把当前节点的前驱节点设置为尾节点
    if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
        // 把前驱节点的后继节点置空，这里直接把所有的取消节点出队
        compareAndSetNext(pred, predNext, null);
    } else {
        // 说明当前节点不是 tail 节点
        int ws;
        // 条件一成立说明当前节点不是 head.next 节点
        if (pred != head &&
            // 判断前驱节点的状态是不是 -1，不成立说明前驱状态可能是 0 或者刚被其他线程取消排队了
            ((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL ||
             // 如果状态不是 -1，设置前驱节点的状态为 -1
             (ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&
            // 前驱节点的线程不为null
            pred.thread != null) {
            
            Node next = node.next;
            // 当前节点的后继节点是正常节点
            if (next != null && next.waitStatus <= 0)
                // 把 前驱节点的后继节点 设置为 当前节点的后继节点，【从队列中删除了当前节点】
                compareAndSetNext(pred, predNext, next);
        } else {
            // 当前节点是 head.next 节点，唤醒当前节点的后继节点
            unparkSuccessor(node);
        }
        node.next = node; // help GC
    }
}

锁超时

ReentrantLock还具备锁超时的能力，调用tryLock(long timeout, TimeUnit unit)方法，在给定时间内获取锁，获取不到就退出，这也是synchronized没有的功能。

@Test
    public void testLockTimeout() throws InterruptedException {
        ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                // 调用tryLock获取锁
                if (!lock.tryLock(2, TimeUnit.SECONDS)) {
                    System.out.println("t1获取不到锁");
                    return;
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println("t1被打断，获取不到锁");
                return;
            }
            try {
                System.out.println("t1获取到锁");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }, "t1");
        // 主线程加锁
        lock.lock();
        System.out.println("主线程获取到锁");

        t1.start();
        Thread.sleep(3000);
        try {
            System.out.println("主线程释放了锁");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

那这个原理实现是什么样的呢？

public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException {
    // 调用tryAcquireNanos方法
    return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}

public final boolean tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout) {
    if (Thread.interrupted())        
        throw new InterruptedException();    
    // tryAcquire 尝试一次，获取不到的话调用doAcquireNanos方法
    return tryAcquire(arg) || doAcquireNanos(arg, nanosTimeout);
}

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {    
    return nonfairTryAcquire(acquires);
}

private boolean doAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout) {    
    if (nanosTimeout <= 0L)
        return false;
    // 获取最后期限的时间戳
    final long deadline = System.nanoTime() + nanosTimeout;
    // 将当前线程添加到队列中
    final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);
    boolean failed = true;
    try {
        // 自旋
        for (;;) {
            // 获取前驱节点
            final Node p = node.predecessor();
            // 前驱节点是head，尝试获取锁
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return true;
            }
            // 计算还需等待的时间
            nanosTimeout = deadline - System.nanoTime();
            if (nanosTimeout <= 0L)	//时间已到     
                return false;
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                // 如果 nanosTimeout 大于该值，才有阻塞的意义，否则直接自旋会好点
                nanosTimeout > spinForTimeoutThreshold)
                LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);
            // 【被打断会报异常】
            if (Thread.interrupted())
                throw new InterruptedException();
        }    
    }
}

如果nanosTimeout小于0，表示到了指定时间没有获取锁成功，返回false
如果 nanosTimeout 大于spinForTimeoutThreshold，值为1000L，进行阻塞。因为时间太短阻塞没有意义，否则直接自旋会好点。

到此这篇关于详解Java ReentrantLock可重入,可打断,锁超时的实现原理的文章就介绍到这了,更多相关Java ReentrantLock内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网！

您可能感兴趣的文档:

点击免费下载>>软考高级考试备考技巧/历年真题/备考精华资料

--结束END--

本文标题: 详解Java ReentrantLock可重入,可打断,锁超时的实现原理

本文链接: https://www.lsjlt.com/news/169297.html(转载时请注明来源链接)

有问题或投稿请发送至: 邮箱/279061341@qq.com QQ/279061341

本篇文章演示代码以及资料文档资料下载

下载Word文档到电脑，方便收藏和打印～

下载Word文档

去做题

猜你喜欢

详解Java ReentrantLock可重入,可打断,锁超时的实现原理

目录概述可重入可打断锁超时概述前面讲解了ReentrantLock加锁和解锁的原理实现，但是没有阐述它的可重入、可打断以及超时获取锁失败的原理，本文就重点讲解这三种情况。建议大家先...

99+

2022-11-13

Java ReentrantLock可重入 Java ReentrantLock可打断 Java ReentrantLock锁超时 Java ReentrantLock
java中怎么实现可重入的自旋锁

这篇文章主要介绍了java中怎么实现可重入的自旋锁的相关知识，内容详细易懂，操作简单快捷，具有一定借鉴价值，相信大家阅读完这篇java中怎么实现可重入的自旋锁文章都会有所收获，下面我们一起来看看吧。说明是指试图获得锁的线程不会堵塞，而是通过...

99+

2023-06-30
怎么在java中实现内置锁的可重入性

这篇文章给大家介绍怎么在java中实现内置锁的可重入性，内容非常详细，感兴趣的小伙伴们可以参考借鉴，希望对大家能有所帮助。java基本数据类型有哪些Java的基本数据类型分为：1、整数类型，用来表示整数的数据类型。2、浮点类型，用来表示小数...

99+

2023-06-14
怎么在java中实现一个可重入的自旋锁

怎么在java中实现一个可重入的自旋锁？相信很多没有经验的人对此束手无策，为此本文总结了问题出现的原因和解决方法，通过这篇文章希望你能解决这个问题。Java可以用来干什么Java主要应用于：1. web开发；2. Android开发；3. ...

99+

2023-06-14
详解Java ReentrantReadWriteLock读写锁的原理与实现

目录概述原理概述加锁原理图解过程源码解析解锁原理图解过程源码解析概述 ReentrantReadWriteLock读写锁是使用AQS的集大成者，用了独占模式和共享模式。本文和大家一起...

99+

2022-11-13

Java ReentrantReadWriteLock读写锁 Java ReentrantReadWriteLock Java 读写锁
JavaScript详解类数组与可迭代对象的实现原理

目录可迭代对象（Iterable object）Symbol.iterator把对象本身构造成迭代器String也是可迭代的String的迭代器类数组对象和可迭代对象Array.fr...

99+

2024-04-02
Java文件重定向和加载的原理和实现方法详解。

Java文件重定向和加载的原理和实现方法详解 Java文件重定向和加载是Java开发中常用的技术，它们可以帮助我们更好地管理程序的输入输出和加载类文件。本文将详细介绍Java文件重定向和加载的原理和实现方法，并给出相应的演示代码。一、Ja...

99+

2023-09-05

文件重定向 load