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Java学习笔记（多线程）：ReentrantLock 源码分析

news 来源：原创 2025/8/22 7:52:21

本文是自己的学习笔记，主要参考资料如下
JavaSE文档


  • 1、AQS 概述
    • 1.1、锁的原理
    • 1.2、任务队列
      • 1.2.1、结点的状态变化
    • 1.3、加锁和解锁的简单流程
  • 2、ReentrantLock
    • 2.1、加锁源码分析
      • 2.1.1、tryAcquire()的具体实现
      • 2.1.2、acquirQueued()的具体实现
      • 2.1.3、tryLock的具体实现
      • 2.1.5、总结

1、AQS 概述

1.1、锁的原理

AQS是指抽象类AbstractQueuedSynchronizer。这个抽象类代表着一种实现并发的方式。

具体实现方式是使用volitile修饰state变量，保证了state的可见性和有序性。最后使用CAS改变state的值，保证原子性。

那么AbstractQueuedSynchronizer通过更新state的值来实现的加锁和解锁。

下面是关键源代码的截图。
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1.2、任务队列

AQS中维护了一个任务队列，是一个双向队列。队列节点是内部类Node。

在Node中记录者节点的状态waitStatus，比如CANCEL，SIGNAL等分别表示该任务节点已经取消和任务节点正在沉睡需要被唤醒。

当然，因为是双向列表所以也有指向前后节点的指针。下面是Node源码的部分截图。
请添加图片描述

这个队列会初始化一个头结点和一个尾结点作为虚拟节点。头结点的状态在整个加锁和释放锁的过程中都会变化。

1.2.1、结点的状态变化

当头结点指向的Node才拥有锁。

这里主要介绍三个状态

  • 0, 表示当前Node后续无节点在排队。不表明是否拥有锁。
  • -1，表示除了当前Node在排队以外，还有其他Node排在当前Node后面。不表明是否拥有锁。
  • 1，表示当前Node可能因为等待时间太长而放弃获取锁。

下面是三个Node在队列中的状态。这里从左到右解释他们的状态。
请添加图片描述
head指向第一个Node，所以当前Node拥有锁。

第一个Node的waitStatus=-1表示后续有节点等待获取锁。当该节点释放锁时会唤醒后续的节点。

第二个Node的waitStatus = -1，后续有节点等待获取锁。

第三个Node的waitStatus = 0，后续无节点等待获取锁。

1.3、加锁和解锁的简单流程

假设有两个线程A和B，他们需要争夺基于AQS实现的锁，下面是争夺的简单流程。

  1. 线程A先执行CAS，将state从0修改为1，线程A就获取到了锁资源，去执行业务代码即可。
  2. 线程B再执行CAS，发现state已经是1了，无法获取到锁资源。
  3. 线程B需要去排队，将自己封装为Node对象。
  4. 需要将当前B线程的Node放到双向队列保存，排队。

2、ReentrantLock

2.1、加锁源码分析

ReentrantLock分为公平锁和非公平锁。在加锁的时候因这两种锁的不同会有不同的加锁方式。

ReentrantLock默认是非公平锁，构造方法中传入false则是公平锁。

非公平锁的lock()方法会直接基于CAS尝试获取锁，如果成功的话则执行setExclusiveOwnerThread()方法表示当前线程持有该锁；如果失败则执行acquire()方法。

公平锁则是直接执行acquire()方法。下面是源码对比。
请添加图片描述
接下来的重点则是看acquire()的具体操作。

tryAcquire()方法会再次尝试获取锁，如果成功返回true，否则返回false。

可以看到如果失败的话则将请求放到等待队列中同时发送中断信号。
在这里插入图片描述

2.1.1、tryAcquire()的具体实现

  • 非公平锁
    非公平锁会尝试再次直接通过CAS获取锁资源。因为是可重入锁，所以当锁的持有者是当前线程时也可直接获取锁，然后计数器加一。
    请添加图片描述

  • 公平锁
    公平锁的逻辑与非公平锁类似，只不过再获取锁之前会先判断AQS中自己是不是排在第一位，之后才会获取锁。
    请添加图片描述

2.1.2、acquirQueued()的具体实现

在这里插入图片描述
当tryAcquire()返回false，即获取锁失败，就开始尝试将当前线程封装成Node节点插入到AQS的结尾。

在插入时我们会看到if(p == head && tryAcquire(arg))这样的语句。

这是因为AQS有伪头结点，所以当这个线程插入到AQS中时发现自己的上一个节点是头结点，即自己排在第一位，那无论是公平锁还是非公平锁自己都可以再次测试获取锁。所以会再次执行tryAcquire()。

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {// 不考虑中断// failed：获取锁资源是否失败（这里简单掌握落地，真正触发的，还是tryLock和lockInterruptibly）boolean failed = true;try {boolean interrupted = false;for (;;) {// 拿到当前节点的前继节点final Node p = node.predecessor();// 前继节点是否是head，如果是head，再次执行tryAcquire尝试获取锁资源。if (p == head && tryAcquire(arg)) {// 获取锁资源成功setHead(node);p.next = null; // 获取锁失败标识为falsefailed = false;return interrupted;}// 没拿到锁资源……// shouldParkAfterFailedAcquire：基于上一个节点转改来判断当前节点是否能够挂起线程，如果可以返回true，// 如果不能，就返回false，继续下次循环if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&// 这里基于Unsafe类的park方法，将当前线程挂起parkAndCheckInterrupt())interrupted = true;}} finally {if (failed)// 在lock方法中，基本不会执行。cancelAcquire(node);}
}

2.1.3、tryLock的具体实现

无参的tryLock()比较简单，和tryAcquire()基本没区别。

这里主要讲解有参的tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout)。

它的作用在一个时间内尝试获得锁。在这个时间内没有获得锁会挂起park线程。如果成功则返回true，时间结束还没有获得则返回false。

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

该方法需要处理中断异常，和lock()方法不一样。

我们继续深入。

public final boolean tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout)throws InterruptedException {if (Thread.interrupted())throw new InterruptedException();return tryAcquire(arg) ||doAcquireNanos(arg, nanosTimeout);
}

可以看到，它直接通过线程的中断标志位决定是否抛出异常。

之后进行tryAcquire()，这个方法细节上面分析过，它有公平和非公平两种实现，简而言之就是非公平直接尝试CAS加锁，公平则是进入队列排队。

也就是说，最后它会正常加锁，只有失败时才会执行doAcquireNanos()。所以有参的tryLock()方法park线程的细节就在其中。

那下面就看看这个方法的内部。

核心就是线程会被封装Node放到队列中，之后查看时间，如果时间比较长，就park线程直到时间结束后再尝试获取锁；如果时间比较短，就在死循环中等到时间结束然后再次获得锁。

因为park的线程主要会因两个动作结束park，即时间到，或者线程发出中断状态，所以最后会查看park是因为什么结束的。如果是中断则抛出异常，否则尝试获取锁。

private boolean doAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout)throws InterruptedException {// 如果等待时间是0秒，直接告辞，拿锁失败  if (nanosTimeout <= 0L)return false;// 设置结束时间。final long deadline = System.nanoTime() + nanosTimeout;// 先扔到AQS队列final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);// 拿锁失败，默认trueboolean failed = true;try {for (;;) {// 如果在AQS中，当前node是head的next，直接抢锁final Node p = node.predecessor();if (p == head && tryAcquire(arg)) {setHead(node);p.next = null; // help GCfailed = false;return true;}// 结算剩余的可用时间nanosTimeout = deadline - System.nanoTime();// 判断是否是否用尽的位置if (nanosTimeout <= 0L)return false;// shouldParkAfterFailedAcquire：根据上一个节点来确定现在是否可以挂起线程if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&// 避免剩余时间太少，如果剩余时间少就不用挂起线程nanosTimeout > spinForTimeoutThreshold)// 如果剩余时间足够，将线程挂起剩余时间LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);// 如果线程醒了，查看是中断唤醒的，还是时间到了唤醒的。if (Thread.interrupted())// 是中断唤醒的！throw new InterruptedException();}} finally {if (failed)cancelAcquire(node);}
}

2.1.5、总结

ReentrantLock的加锁有公平锁和非公平锁两种方式。

对于非公平锁，任务一开始会直接尝试通过CAS获取锁，失败后才会进入任务队列。并且进入的时候会再次尝试获取锁。整个过程并不考虑其他节点等了多久，所以才是非公平锁。

对于公平锁，任务会按序先进入任务队列，直到有人唤醒他们才会开始获取锁。


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这道题就是按照正常的数学思维去做的&#xff0c;设置一个标志位flag用来标记进位的情况&#xff0c;当发生进位时设置为1&#xff0c;否则设置为0&#xff0c;初始时设置为0。我们同时遍历两个链表&#xff0c;将两个节点的值相加&#xff0c;再加上上一位的进位flag&#xff…...

编程日记 2025/8/21 2:41:03

Spring Boot 项目集成 License 授权与续期完整指南

一、背景说明 在 Spring Boot 项目中&#xff0c;通过引入第三方 spring-boot-starter-license 组件&#xff0c;可以快速实现系统权限到期控制、License 证书管理等功能。本文详细介绍如何集成 License 功能&#xff0c;并解决证书安装、权限配置、异常拦截及续期流程等关键问…...

编程日记 2025/8/22 12:29:52

2010年-全国大学生数学建模竞赛(CUMCM)试题速浏、分类及浅析

2010年-全国大学生数学建模竞赛(CUMCM)试题速浏、分类及浅析 全国大学生数学建模竞赛&#xff08;China Undergraduate Mathematical Contest in Modeling&#xff09;是国家教委高教司和中国工业与应用数学学会共同主办的面向全国大学生的群众性科技活动&#xff0c;目的在于激…...

编程日记 2025/8/22 0:50:07

典型的ETL使用场景与数据集成平台的应用

在当今数字化时代&#xff0c;数据已经成为企业决策和运营的核心资产。为了更好地管理和利用数据&#xff0c;企业需要借助高效的数据处理技术。ETL&#xff08;Extract&#xff0c;Transform&#xff0c;Load&#xff09;作为数据处理的核心技术之一&#xff0c;广泛应用于数据…...

编程日记 2025/8/21 17:24:05