?概述
前面講解了ReentrantLock加鎖和解鎖的原理實現，但是沒有闡述它的可重入、可打斷以及超時獲取鎖失敗的原理，本文就重點講解這三種情況。建議大家先看下這篇文章了解下ReentrantLock加鎖的基本原理，圖解ReentrantLock公平鎖和非公平鎖實現原理。
可重入
可重入是指一個線程如果獲取了鎖，那么它就是鎖的主人，那么它可以再次獲取這把鎖，這種就是理解為重入，簡而言之，可以重復獲取同一把鎖，不會造成阻塞，舉個例子如下：
@Test
public void testRepeatLock() {
ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
// 第一次獲取鎖
reentrantLock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " first get lock");
// 再次獲取鎖
tryAgainLock(reentrantLock);
}finally {
reentrantLock.unlock();
}
}
public void tryAgainLock(ReentrantLock reentrantLock) {
// 第2次獲取鎖
reentrantLock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " second get lock");
}finally {
reentrantLock.unlock();
}
}
- 同一個線程使用ReentrantLock多次獲取鎖，不會阻塞
- 申請幾把鎖，最后需要解除幾把鎖
那你知道是怎么實現的嗎？
概述的文章中已經講解了ReentrantLock整個的加鎖和解鎖的過程，可重入實現就在其中，這里著重關注下申請鎖的方法tryAcquire，最終會調用nonfairTryAcquire方法。
如果已經有線程獲得了鎖, 并且占用鎖的線程是當前線程, 表示【發生了鎖重入】，上圖的1步驟
計算出沖入的次數nextc等于當前次數+新增次數，acquires等于1
更新 state 的值，這里不使用 cas 是因為當前線程正在持有鎖，所以這里的操作相當于在一個管程內, 然后返回ture,表明再次申請鎖成功。
可打斷
ReentrantLock相比于synchronized加鎖一大優勢是可打斷，那么什么是可打斷呢？ReentrantLock通過lockInterruptibly()?加鎖，如果一直獲取不到鎖，可以通過調用線程的interrupt()提前終止線程。舉個例子：
@Test
public void testInterrupt() throws InterruptedException {
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 主線程普通加鎖
System.out.println("主線程優先獲取鎖");
lock.lock();
try {
// 創建子線程
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
System.out.println("t1嘗試獲取打斷鎖");
lock.lockInterruptibly();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("t1沒有獲取到鎖，被打斷，直接返回");
return;
}
try {
System.out.println("t1成功獲取鎖");
} finally {
System.out.println("t1釋放鎖");
lock.unlock();
}
}, "t1");
t1.start();
Thread.sleep(2000);
System.out.println("主線程進行打斷鎖");
t1.interrupt();
} finally {
// 主線程解鎖
System.out.println("主線程優先釋放鎖");
lock.unlock();
}
}
- 通過lockInterruptibly()?方法獲取鎖期間，可以通過線程的interrupt()方法進行中斷，跳出阻塞。
- 通過lock()?方法獲取鎖，不會響應interrupt()方法的中斷。
接下來我們看看它的實現原理。
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
sync.acquireInterruptibly(1);
}
public final void acquireInterruptibly(int arg) {
// 被其他線程打斷了直接返回 false
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (!tryAcquire(arg))
// 沒獲取到鎖，進入這里
doAcquireInterruptibly(arg);
}先判斷一次線程是否中斷了，是的話，直接拋出中斷異常。
如果沒有獲取鎖，調用doAcquireInterruptibly()方法。
private void doAcquireInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
// 封裝當前線程，加入到隊列中
final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);
boolean failed = true;
try {
// 自旋
for (;;) {
// shouldParkAfterFailedAcquire判斷是否需要阻塞等待
// parkAndCheckInterrupt方法是阻塞線程，返回true，表示線程被中斷了
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt())
// 【在 park 過程中如果被 interrupt 會拋出異常】, 而不會再次進入循環獲取鎖后才完成打斷效果
throw new InterruptedException();
}
} finally {
// 拋出異常前會進入這里
if (failed)
// 取消當前線程的節點
cancelAcquire(node);
}
}addWaiter將當前線程封裝成節點，加入到隊列中。
shouldParkAfterFailedAcquire()方法判斷如果前一個節點的等待狀態時-1，則返回true,表示當前線程需要阻塞。
parkAndCheckInterrupt()?方法是阻塞線程，返回true，表示線程被中斷了，拋出InterruptedException異常。
最后調用cancelAcquire()方法，將當前節點狀態設置為cancel取消狀態。
// 取消節點出隊的邏輯
private void cancelAcquire(Node node) {
// 判空
if (node == null)
return;
// 把當前節點封裝的 Thread 置為空
node.thread = null;
// 獲取當前取消的 node 的前驅節點
Node pred = node.prev;
// 前驅節點也被取消了，循環找到前面最近的沒被取消的節點
while (pred.waitStatus > 0)
node.prev = pred = pred.prev;
// 獲取前驅節點的后繼節點，可能是當前 node，也可能是 waitStatus > 0 的節點
Node predNext = pred.next;
// 把當前節點的狀態設置為 【取消狀態 1】
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
// 條件成立說明當前節點是尾節點，把當前節點的前驅節點設置為尾節點
if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
// 把前驅節點的后繼節點置空，這里直接把所有的取消節點出隊
compareAndSetNext(pred, predNext, null);
} else {
// 說明當前節點不是 tail 節點
int ws;
// 條件一成立說明當前節點不是 head.next 節點
if (pred != head &&
// 判斷前驅節點的狀態是不是 -1，不成立說明前驅狀態可能是 0 或者剛被其他線程取消排隊了
((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL ||
// 如果狀態不是 -1，設置前驅節點的狀態為 -1
(ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&
// 前驅節點的線程不為null
pred.thread != null) {
Node next = node.next;
// 當前節點的后繼節點是正常節點
if (next != null && next.waitStatus <= 0)
// 把 前驅節點的后繼節點 設置為 當前節點的后繼節點，【從隊列中刪除了當前節點】
compareAndSetNext(pred, predNext, next);
} else {
// 當前節點是 head.next 節點，喚醒當前節點的后繼節點
unparkSuccessor(node);
}
node.next = node; // help GC
}
}
鎖超時
ReentrantLock還具備鎖超時的能力，調用tryLock(long timeout, TimeUnit unit)方法，在給定時間內獲取鎖，獲取不到就退出，這也是synchronized沒有的功能。
@Test
public void testLockTimeout() throws InterruptedException {
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
// 調用tryLock獲取鎖
if (!lock.tryLock(2, TimeUnit.SECONDS)) {
System.out.println("t1獲取不到鎖");
return;
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("t1被打斷，獲取不到鎖");
return;
}
try {
System.out.println("t1獲取到鎖");
} finally {
lock.unlock();
}
}, "t1");
// 主線程加鎖
lock.lock();
System.out.println("主線程獲取到鎖");
t1.start();
Thread.sleep(3000);
try {
System.out.println("主線程釋放了鎖");
} finally {
lock.unlock();
}
}
那這個原理實現是什么樣的呢？
public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
// 調用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 嘗試一次，獲取不到的話調用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;
// 獲取最后期限的時間戳
final long deadline = System.nanoTime() + nanosTimeout;
// 將當前線程添加到隊列中
final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);
boolean failed = true;
try {
// 自旋
for (;;) {
// 獲取前驅節點
final Node p = node.predecessor();
// 前驅節點是head，嘗試獲取鎖
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return true;
}
// 計算還需等待的時間
nanosTimeout = deadline - System.nanoTime();
if (nanosTimeout <= 0L) //時間已到
return false;
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
// 如果 nanosTimeout 大于該值，才有阻塞的意義，否則直接自旋會好點
nanosTimeout > spinForTimeoutThreshold)
LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);
// 【被打斷會報異常】
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
}
}
}如果nanosTimeout小于0，表示到了指定時間沒有獲取鎖成功，返回false
如果 nanosTimeout 大于spinForTimeoutThreshold，值為1000L，進行阻塞。因為時間太短阻塞沒有意義，否則直接自旋會好點。
總結
本文主要從使用到原理講解了ReentrantLock鎖的可重入、可打斷和鎖超時的特性，希望對大家有幫助。
