再探JAVA重入锁
之前的文章中简单的为大家介绍了重入锁 JAVA并发之多线程基础（2） 。这里面也是简单的为大家介绍了重入锁的几种性质，这里我们就去探索下里面是如何实现的。
我们知道在使用的时候，必须锁先有定义，然后我们再拿着当前的锁进行加锁操作，然后处理业务，最后是释放锁的操作（这里就拿里面非公平锁的实现来讲解）。
字节码操作
public class com.montos.lock.ReentrantLockDemo implements java.lang.Runnable {
public static java.util.concurrent.locks.ReentrantLock lock;
public static int k;
public com.montos.lock.ReentrantLockDemo();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
public void run();
Code:
0: iconst_0
1: istore_1
2: iload_1
3: sipush 1000
6: if_icmpge 29 //int类型的值进行栈顶比较
9: getstatic #2 // Field lock:Ljava/util/concurrent/locks/ReentrantLock;
12: invokevirtual #3 // Method java/util/concurrent/locks/ReentrantLock.lock:()V
15: getstatic #4 // Field k:I
18: iconst_1
19: iadd
20: putstatic #4 // Field k:I
23: iinc 1, 1
26: goto 2
29: iconst_0
30: istore_1
31: iload_1
32: sipush 1000
35: if_icmpge 50
38: getstatic #2 // Field lock:Ljava/util/concurrent/locks/ReentrantLock;
41: invokevirtual #5 // Method java/util/concurrent/locks/ReentrantLock.unlock:()V
44: iinc 1, 1
47: goto 31
50: return
public static void main(java.lang.String[]) throws java.lang.InterruptedException;
Code:
0: new #6 // class com/montos/lock/ReentrantLockDemo
3: dup
4: invokespecial #7 // Method "<init>":()V
7: astore_1
8: new #8 // class java/lang/Thread
11: dup
12: aload_1
13: invokespecial #9 // Method java/lang/Thread."<init>":(Ljava/lang/Runnable;)V
16: astore_2
17: new #8 // class java/lang/Thread
20: dup
21: aload_1
22: invokespecial #9 // Method java/lang/Thread."<init>":(Ljava/lang/Runnable;)V
25: astore_3
26: aload_2
27: invokevirtual #10 // Method java/lang/Thread.start:()V
30: aload_3
31: invokevirtual #10 // Method java/lang/Thread.start:()V
34: aload_2
35: invokevirtual #11 // Method java/lang/Thread.join:()V
38: aload_3
39: invokevirtual #11 // Method java/lang/Thread.join:()V
42: getstatic #12 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
45: getstatic #4 // Field k:I
48: invokevirtual #13 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
51: return
static {};
Code:
0: new #14 // class java/util/concurrent/locks/ReentrantLock
3: dup
4: invokespecial #15 // Method java/util/concurrent/locks/ReentrantLock."<init>":()V
7: putstatic #2 // Field lock:Ljava/util/concurrent/locks/ReentrantLock;
10: iconst_0
11: putstatic #4 // Field k:I
14: return
}
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这里面无非就是入栈，栈元素比较，出栈放入变量中这些操作，没有之前的 synchronized 里面的监视器相关指令限制，只是简单的一些栈操作。
加锁操作
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1)) //将同步状态从0变成1 采用cas进行更新
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());//设置当前拥有独占访问权的线程。
else
acquire(1);//没有获取到锁，则进行尝试操作
}
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往下面的选择走：
public final void acquire(int arg) {
//先进行再次尝试获取锁的操作，如果获取失败则将当前加入队列中，并设置中断标志。
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
复制代码
首先走尝试获取锁的操作(这里还是走非公平锁的):
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();//拿到当前线程
int c = getState();//同步状态
if (c == 0) {//再次做获取锁的操作
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {//是否是当前线程已经占有
int nextc = c + acquires;//原本的状态数值+当前传入数值
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);//设置新的状态
return true;
}
return false;
}
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接着往下走:
private Node addWaiter(Node mode) {
//独占模式进行封装当前线程
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
Node pred = tail;
if (pred != null) {如果尾节点不为null，将当前的节点接入并返回
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
enq(node);
return node;
}
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继续往下走：
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {//
Node t = tail;
if (t == null) { // 初始化尾节点
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {//尾节点与当前的节点互换
t.next = node;
return t;//返回当前节点
}
}
}
}
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接着回去往下走:
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)) {//如果当前节点前一个节点是头节点，并尝试获锁成功
setHead(node);//设置当前的头结点
p.next = null; // 手动清除引用 帮助GC
failed = false;
return interrupted;
}
//检测获取锁失败的节点状态 以及暂时挂起并返回当前的中断标志
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);//取消正在进行的获取尝试。
}
}
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说真的，咱们直接看失败的情况，我们接着往下走:
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
//检查和更新无法获取的节点的状态。
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL)
//该节点已经设置了请求释放信号状态，所以可以进行安全挂起
return true;
if (ws > 0) {
do {//清除不需要执行的节点
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
//waitstatus必须为0或传播。表明我们需要信号，但不要挂起。调用者重试以确保在挂起前无法获取。
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}
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然后看向下一个方法：
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);//挂起当前线程
return Thread.interrupted();//返回中断标识
}
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上面的取消获取队列里面的节点就不看了.. cancelAcquire(node) ，里面就是取消正在进行的获取尝试。同时将无需的节点移除。当上面的操作走完之后就设置当前线程中断标识。这里面主要流程是说如果加锁不成功之后，对于当前线程是怎么执行操作的，我们可以看到，里面的方法中大部分在获取不到锁之后，下一步操作中会再次尝试获取下，如果获取不到才会继续执行，获取到了我们就可以直接使用，这里也是多线程操作里面的魅力， 每一个空隙中就可能会让当前线程进行获得锁的操作 。
释放锁操作
释放锁的步骤就简单许多了：
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {//尝试释放锁
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);//唤醒节点的后续节点
return true;
}
return false;
}
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咱们继续往下看：
protected final boolean tryRelease(int releases) {
int c = getState() - releases;//同步状态-当前释放状态值
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())//如果当前线程不是拿锁线程，则报监视器相关错误
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
if (c == 0) {
free = true;//只有当前重入次数为0，才能返回true
setExclusiveOwnerThread(null);//当前独占线程设为NULL
}
setState(c);//重新设置同步状态
return free;
}
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然后往下走:
private void unparkSuccessor(Node node) {
//当前状态为负数，则尝试清除当前的线程状态
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
//清除取消或无效的节点，从尾部向后移动以找到实际节点
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);//释放当前线程
}
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从上面的顺序往下面来看，我们主要发现线程在拿锁阶段是有许多的操作的，要根据线程的状态再将线程从等待队列中移除。释放的时候就显得简洁了许多，我们只需要看到当前线程的状态-1，然后看看是否是重入的。
我们通过一个简单的重入锁代码可以看到，作者在用无锁的操作去获得锁，这个整体的步骤里面考虑的东西很多，每一个时刻，线程都有可能千变万化，我们需要了解的是我们每一个步骤都需要可能发生的情况。如果能够考虑到发生的情况，那么有些步骤就可以直接跳过，我们直接就可以获得最后的结果（这块在线程尝试获锁的阶段可以体现）。有小伙伴对于重入锁还有什么看法的可以在下面进行留言，我们可以相互学习，共同进步~
正文到此结束
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