Lock 锁底层实现

青旅半醒 2024-04-06 12:45 88阅读 0赞

#### ★ 1、讲讲 Lock 锁 ####

是一个接口，有三个实现类，分别是常用的 **`可重入锁，读锁、写锁`**。常用的是**可重入锁**。

加锁使用lock() 方法，解锁使用 unlock() 方法。Lock的底层是 **AQS+CAS机制** 实现。

Lock 常用子类 **可重入锁ReentrantLock** 有两种模式， **`公平锁模式、非公平锁模式`** 。

> #### `公平锁模式` 和 `非公平锁模式` 的应用 ####
> 
>  *  默认一般创建的是**非公平锁**，就是允许线程插队，而不是按先来后到顺序
>  *  并发量高的，非公平可能会导致线程饿死 === 做中间件，比如rocketmq 就需要关注锁公平和不公平
>     
>      *  **mq 消息队列的应用**,比如网易云多个用户的评论->mq->**如果是非公平锁，那么导致线程饥饿，导致等待时间过长-不稳定**
>      *  解决：mq源码的queue包下有：
>         
>         RoundQueue(线程不安全)，ConcurrentTreeMap(线程安全-put 方法使用了lock 加锁，且 **lock = new ReentrantLock(true);**)

> 可重入锁的意思是 对于同一线程可以重复去获取锁。应用场景–递归，例如文件夹遍历目录下的所有文件名。

#### ★ 2、和**synchronized** 的使用区别/ 说说lock 和 synchronized 锁的区别 ####

*  synchronized 是一个 **`关键字`**，使用C++实现的，**没办法控制锁的开始、锁结束，也没办法中断线程的执行**
 *  而 lock 是 **`java层面的实现`**，**可以获取锁的状态，开启锁，释放锁，通过设置可以中断线程的执行，更加灵活**
 *  **是否自动是否锁**：synchronized 会自动是否锁，而 lock 需要手动调用unlock 方法释放，否则会死循环

lock.lock();//其他没有拿到锁的线程？阻塞 卡着不动
    boolean res = lock.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);//一秒之后如果没有拿到锁，就返回false
    
    lock.lockInterruptibly();//中断方法

#### ★ 3、讲讲 trylock、lock方法 ####

lock 锁设计上的核心成员：锁状态、锁拥有者、等待队列

源码方面：在 ReentrantLock 中 使用了关键成员是同步器AQS（源码中的Sync）

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##### trylock方法：获取锁/是否锁成功 #####

*  锁的状态，0 代表未占用锁，大于0 则代表占用锁的次数。
 *  首先当前线程**以CAS的方式，尝试将锁的状态从0修改成1**，就是尝试获取锁。
 *  获取到了就把当前线程设置给AQS的属性exclusiveOwnerThread，也就是**指明当前锁的拥有者是当前线程**。

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
        
                final Thread current = Thread.currentThread();
                int c = getState();
                if (c == 0) {
        
                    if (compareAndSetState(0, acquires)) {
        
                        setExclusiveOwnerThread(current);
                        return true;
                    }
                }
                else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        //如果占用锁的是当前线程，则代表重入次数
                    int nextc = c + acquires;
                    if (nextc < 0) // overflow
                        throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                    setState(nextc);
                    return true;
                }
                return false;
            }

##### lock方法：加锁 #####

*  **非公平锁模式**，首先当前线程**以CAS的方式，尝试将锁的状态从0修改成1**，就是尝试获取锁。
 *  获取到了就把当前线程设置给AQS的属性exclusiveOwnerThread，也就是**指明当前锁的拥有者是当前线程**。
 *  当前锁已经被占用，**线程会进入等待队列，不断地抢锁，抢到锁直接从等待队列弹出，否则判断线程的状态是否需要挂起（阻塞）**，这里循环抢锁，不断调用了尝试获取锁的方法，也利用了CAS思想。

// 非公平锁模式 lock = new ReentrantLock();
    final void lock() {
        
        // 首先以 CAS 的方式，尝试将state 从0修改成1 
       if (compareAndSetState(0, 1))
             setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
       else
             acquire(1);
    }
    
    // compareAndSetState(0, 1)--> CAS 机制
    protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        
     // See below for intrinsics setup to support this
      return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
    }
    
    
    // acquire(1);--> CAS 机制
        public final void acquire(int arg) {
        
            if (!tryAcquire(arg) &&
                acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))//进入等待队列，继续不断尝试获取锁，直到抢到锁则弹出队列，否则判断线程的状态是否需要挂起
                selfInterrupt();
        }
    
    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)) {
        
                        setHead(node);
                        p.next = null; // help GC
                        failed = false;
                        return interrupted;
                    }
                    if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                        parkAndCheckInterrupt())//判断线程的状态是否需要挂起
                        interrupted = true;
                }
            } finally {
        
                if (failed)
                    cancelAcquire(node);
            }
        }

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