ReentrantLock：深入剖析其可重入机制的实现原理

2024/11/29 09:19:09 22 0 0 0

ReentrantLock：深入剖析其可重入机制的实现原理

ReentrantLock，Java并发编程中一个强大的互斥锁，其最显著的特点就是支持可重入（reentrant）。这意味着同一个线程可以多次获取同一个ReentrantLock实例，而不会造成死锁。这篇文章将深入探讨ReentrantLock是如何实现这一关键功能的。

1. 可重入锁的概念

简单来说，可重入锁允许持有锁的线程再次获取该锁，而不会被阻塞。这在很多场景下非常有用，例如在递归方法中，如果使用了非可重入锁，递归调用时就会发生死锁。而可重入锁则巧妙地避免了这种情况。

2. ReentrantLock的实现原理：AQS

ReentrantLock的底层实现依赖于AbstractQueuedSynchronizer (AQS)框架。AQS是一个非常强大的同步框架，ReentrantLock只是基于它构建的一个具体实现。AQS的核心思想是使用一个int类型的状态变量来表示锁的状态，以及一个FIFO队列来管理等待获取锁的线程。

在ReentrantLock中，这个状态变量用来记录锁的持有次数。当一个线程第一次获取锁时，状态变量的值加1。如果同一个线程再次尝试获取锁，状态变量的值会再次加1，以此类推。当线程释放锁时，状态变量的值减1。只有当状态变量的值为0时，锁才被完全释放。

3. 状态变量与线程独占

ReentrantLock 通过AQS的 acquire() 和 release() 方法来实现锁的获取和释放。acquire() 方法会尝试获取锁，如果锁已经被其他线程持有，则当前线程会被添加到AQS的等待队列中。

release() 方法会释放锁。如果锁的持有计数器减为0，则会唤醒等待队列中的下一个线程。

关键在于，acquire() 方法在尝试获取锁之前，会先检查当前线程是否已经持有该锁。如果是，则直接将状态变量加1，表示可重入获取；如果不是，则尝试获取锁，并根据是否成功进行相应的处理。

4. 公平锁与非公平锁

ReentrantLock 提供了公平锁和非公平锁两种模式。

公平锁: 线程按照FIFO的顺序获取锁。
非公平锁: 线程可能插队获取锁，效率更高，但可能导致某些线程长时间等待。

公平锁的实现需要在AQS队列中维护一个严格的FIFO顺序，这会稍微增加一些开销。非公平锁则会直接尝试获取锁，如果成功则直接获取，否则才进入队列等待。

5. 代码示例

以下是一个简单的示例，演示了ReentrantLock的可重入特性：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockDemo {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void method1() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " acquired lock in method1");
            method2();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void method2() {
        lock.lock();
        try {
            System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName() + " acquired lock in method2");
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ReentrantLockDemo demo = new ReentrantLockDemo();
        new Thread(demo::method1, "Thread-1").start();
    }
}

在这个例子中，method1 和 method2 都使用了同一个 ReentrantLock 实例。method1 获取锁后，调用 method2，method2 也可以成功获取锁，因为是同一个线程再次获取，体现了可重入特性。

6. 总结

ReentrantLock 通过巧妙地利用AQS框架，实现了其可重入的特性，并提供了公平锁和非公平锁两种选择，为Java并发编程提供了强大的工具。理解其底层实现原理，对于编写高效、安全的并发代码至关重要。记住，在选择锁时，要根据具体的应用场景权衡公平性和性能。过度使用锁可能会导致性能下降，因此在设计并发程序时，应优先考虑无锁编程或其他更轻量级的同步机制。

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