重入锁--ReentrantLock

    xiaoxiao2026-05-26  4

    原文地址:http://tenyears.iteye.com/blog/48750

     

    入锁(ReentrantLock)是一种递归无阻塞的同步机制。以前一直认为它是synchronized的简单替代,而且实现机制也不相差太远。不过最近实践过程中发现它们之间还是有着天壤之别。

    以下是官方说明:一个可重入的互斥锁定 Lock,它具有与使用 synchronized 方法和语句所访问的隐式监视器锁定相同的一些基本行为和语义,但功能更强大。ReentrantLock 将由最近成功获得锁定,并且还没有释放该锁定的线程所拥有。当锁定没有被另一个线程所拥有时,调用 lock 的线程将成功获取该锁定并返回。如果当前线程已经拥有该锁定,此方法将立即返回。可以使用 isHeldByCurrentThread() 和 getHoldCount() 方法来检查此情况是否发生。

    它提供了lock()方法: 如果该锁定没有被另一个线程保持,则获取该锁定并立即返回,将锁定的保持计数设置为 1。 如果当前线程已经保持该锁定,则将保持计数加 1,并且该方法立即返回。 如果该锁定被另一个线程保持,则出于线程调度的目的,禁用当前线程,并且在获得锁定之前,该线程将一直处于休眠状态,此时锁定保持计数被设置为 1。

    最近在研究Java concurrent中关于任务调度的实现时,读了延迟队列DelayQueue的一些代码,比如take()。该方法的主要功能是从优先队列(PriorityQueue)取出一个最应该执行的任务(最优值),如果该任务的预订执行时间未到,则需要wait这段时间差。反之,如果时间到了,则返回该任务。而offer()方法是将一个任务添加到该队列中。

    后来产生了一个疑问:如果最应该执行的任务是一个小时后执行的,而此时需要提交一个10秒后执行的任务,会出现什么状况?还是先看看take()的源代码:

    <!---->            public E take() throws InterruptedException {                 final ReentrantLock lock = this.lock;                 lock.lockInterruptibly();                 try {                     for (;;) {                         E first = q.peek();                         if (first == null) {                             available.await();                         } else {                             long delay =  first.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS);                             if (delay > 0) {                                 long tl = available.awaitNanos(delay);                             } else {                                 E x = q.poll();                                 assert x != null;                                 if (q.size() != 0)                                     available.signalAll(); // wake up other takers                                 return x;                             }                         }                     }                 } finally {                     lock.unlock();                 }             }

    而以下是offer()的源代码:

    public boolean offer(E e) {                 final ReentrantLock lock = this.lock;                 lock.lock();                 try {                     E first = q.peek();                     q.offer(e);                     if (first == null || e.compareTo(first) < 0)                         available.signalAll();                     return true;                 } finally {                     lock.unlock();                 }             }

    如代码所示,take()和offer()都是lock了重入锁。如果按照synchronized的思维(使用诸如synchronized(obj)的方法),这两个方法是互斥的。回到刚才的疑问,take()方法需要等待1个小时才能返回,而offer()需要马上提交一个10秒后运行的任务,会不会一直等待take()返回后才能提交呢?答案是否定的,通过编写验证代码也说明了这一点。这让我对重入锁有了更大的兴趣,它确实是一个无阻塞的锁。

    下面的代码也许能说明问题:运行了4个线程,每一次运行前打印lock的当前状态。运行后都要等待5秒钟。

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {               final ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(4);               final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();               final Condition con = lock.newCondition();               final int time = 5;               final Runnable add = new Runnable() {                 public void run() {                   System.out.println("Pre " + lock);                   lock.lock();                   try {                     con.await(time, TimeUnit.SECONDS);                   } catch (InterruptedException e) {                     e.printStackTrace();                   } finally {                     System.out.println("Post " + lock.toString());                     lock.unlock();                   }                 }               };               for(int index = 0; index < 4; index++)                 exec.submit(add);               exec.shutdown();             }

    这是它的输出: Pre ReentrantLock@a59698[Unlocked] Pre ReentrantLock@a59698[Unlocked] Pre ReentrantLock@a59698[Unlocked] Pre ReentrantLock@a59698[Unlocked] Post ReentrantLock@a59698[Locked by thread pool-1-thread-1] Post ReentrantLock@a59698[Locked by thread pool-1-thread-2] Post ReentrantLock@a59698[Locked by thread pool-1-thread-3] Post ReentrantLock@a59698[Locked by thread pool-1-thread-4]

    每一个线程的锁状态都是“Unlocked”,所以都可以运行。但在把con.await改成Thread.sleep(5000)时,输出就变成了: Pre ReentrantLock@a59698[Unlocked] Pre ReentrantLock@a59698[Locked by thread pool-1-thread-1] Pre ReentrantLock@a59698[Locked by thread pool-1-thread-1] Pre ReentrantLock@a59698[Locked by thread pool-1-thread-1] Post ReentrantLock@a59698[Locked by thread pool-1-thread-1] Post ReentrantLock@a59698[Locked by thread pool-1-thread-2] Post ReentrantLock@a59698[Locked by thread pool-1-thread-3] Post ReentrantLock@a59698[Locked by thread pool-1-thread-4]

    以上的对比说明线程在等待时(con.await),已经不在拥有(keep)该锁了,所以其他线程就可以获得重入锁了。

    有必要会过头再看看Java官方的解释:“如果该锁定被另一个线程保持,则出于线程调度的目的,禁用当前线程,并且在获得锁定之前,该线程将一直处于休眠状态”。我对这里的“保持”的理解是指非wait状态外的所有状态,比如线程Sleep、for循环等一切有CPU参与的活动。一旦线程进入wait状态后,它就不再keep这个锁了,其他线程就可以获得该锁;当该线程被唤醒(触发信号或者timeout)后,就接着执行,会重新“保持”锁,当然前提依然是其他线程已经不再“保持”了该重入锁。

    总结一句话:对于重入锁而言,"lock"和"keep"是两个不同的概念。lock了锁,不一定keep锁,但keep了锁一定已经lock了锁

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