并发编程(六)ReentrantLock

Java并发编程核心在于java.concurrent.util
juc当中的大多数同步器实现都是围绕着共同的基础行为,比如等待队列、条件队列、独占获取、共享获取等,而这个行为的抽象就是基于AbstractQueuedSynchronizer简称AQSAQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架,是一个依赖状态(state)的同步器。

AQS具备特性

  • 阻塞等待队列
  • 共享/独占
  • 公平/非公平
  • 可重入
  • 允许中断

ReentrantLock

ReentrantLock定义了一个内部类Sync继承了AQS,通过这种方式将同步器所有调用都映射到Sync对应的方法,同时ReentrantLock也具备AQS的特性。ReentrantLock具备以下特性

  • 阻塞等待队列
  • 独占
  • 公平/非公平
  • 可重入
  • 允许中断

ReentrantLock继承关系

ReentrantLock里面定义了三个内部类SyncFairSyncNonfairSyncFairSyncNonfairSync表示公平锁与非公平锁,通过这两个内部类实现公平与非公平的机制,具体关系如下图:
Lock.png

FairSyncNonfairSync是通过继承Sync实现的,其中FairSync加锁机制为先判断列队中是否有其它线程正在等待加锁,如果有则直接入队,没有才会尝试加锁;而NonfairSync加锁机制为先进行尝试加锁,加锁失败才进行入队。

除此之外,ReentrantLock还可通过lockInterruptibly()加锁时可使用Thread.interrupt()进行中断加锁过程。

ReentrantLock加锁过程(简述)

ReentrantLock加锁详细过程

公平锁加锁过程

  1. 查看队列中是否有其它线程等待加锁
  2. 队列为空或者等待加锁的线程为当前线程,尝试CAS加锁
  3. 加锁成功 state+1,结束
  4. 加锁失败(只发生在队列为空的情况),或者队列不为空且等待加锁的线程非当前线程,进行入队。
  5. 入队完毕,将前驱结点信号量(waitStatus)改为-1,阻塞等待LockSupport.park(this)

解锁过程

  1. 解锁state-1
  2. 判断state==0(可重入锁,每次加锁state都会+1,释放锁次数必须等于加锁次数才算已解锁)
  3. 判断队列中是否有等待加锁的线程
  4. 将线程唤醒LockSupport.unpark(thread)

ReentrantLocksynchronized比较

  1. 加锁机制比较

    • ReentrantLock,基于AQS实现的锁,需要手动加锁解锁,细粒度和灵活度更高

    • synchronizedJVM内部锁,JVM会自动加锁与解锁

  2. 底层原理比较

    • 都是依赖底层操作系统的Mutex lock(互斥锁)实现
  3. 锁类型比较

    • synchronized是一种可重入的非公平锁
    • ReentrantLock是基于AQS实现,具体特性上文已有说明
  4. 性能比较(未实测)

    • 在并发量小时,synchronized性能更高一些
    • 并发量高时,synchronized性能将会下降(升级为重量级锁),而ReentrantLock基本不变。

    我这里的理解是,synchronizedReentrantLock底层阻塞原理虽然是一样的,而ReentrantLock利用CAS自旋操作实现锁,能够有效避免线程从用户态到内核态的频繁切换。

# lock 

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