ReentrantLock是Java中常用的鎖，屬于樂觀鎖類型，多線程并發(fā)情況下。能保證共享數(shù)據(jù)安全性，線程間有序性ReentrantLock通過原子操作和阻塞實(shí)現(xiàn)鎖原理，一般使用lock獲取鎖，unlock釋放鎖，下面說一下鎖的基本使用和底層基本實(shí)現(xiàn)原理，lock和unlock底層

lock的時(shí)候可能被其他線程獲得所，那么此線程會阻塞自己，關(guān)鍵原理底層用到Unsafe類的API: CAS和park

java.util.concurrent.locks.ReentrantLock類

在多線程環(huán)境下使用，創(chuàng)建鎖對象，調(diào)用lock()獲取鎖開始處理邏輯，處理完unlock()釋放鎖。注意使用的時(shí)候lock和unlock必須成對出現(xiàn)，不然可能出現(xiàn)死鎖或者嚴(yán)重堵塞的情況

//創(chuàng)建鎖對象ReentrantLock lock = new ReentrantLock();lock.lock(); //獲取鎖（鎖定）System.out.println('一段需要上鎖的代碼')lock.unlock(); //鎖釋放

執(zhí)行完代碼后，釋放鎖，讓其他線程去獲取，需要注意的是，多個線程使用的鎖對象必須是同一個。

什么情況需要上鎖，就是在多線程不安全的情況下，多個線程操作同一個對象。如多個線程同時(shí)操作一個隊(duì)列，offer()添加對象，兩個線程同時(shí)offer，因?yàn)椴皇窃硬僮鳎芸赡芤粋€線程添加成功，另一個線程添加失敗，延伸到一些業(yè)務(wù)中是要杜絕的問題。

可以用鎖解決問題，我們可以定義一個隊(duì)列同一時(shí)間只能被一個拿到鎖的線程操作，即保證offer這種非原子操作完成后，釋放鎖，再讓其他線程拿到鎖后，才能offer，保證有序的offer，不會丟失信息。

為了體現(xiàn)鎖的作用，這里sleep睡眠0.1秒，增加哪個線程獲取鎖的隨機(jī)性因?yàn)榫€程喚醒后，會開始嘗試獲取鎖，多個線程下競爭一把鎖是隨機(jī)的

package javabasis.threads;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class LockTest implements Runnable { public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();//創(chuàng)建鎖對象private int thold; public LockTest(int h) {this.thold = h;}public static void main(String[] args) {for (int i = 10; i < 15; i++) {new Thread(new LockTest(i),'name-' + i).start();}}@Overridepublic void run() {try {Thread.sleep(100);lock.lock(); //獲取鎖System.out.println('lock threadName:' + Thread.currentThread().getName());{System.out.print(' writeStart ');for (int i = 0; i < 15; i++) {Thread.sleep(100);System.out.print(thold+',');}System.out.println(' writeEnd');}System.out.println('unlock threadName:' + Thread.currentThread().getName() + 'rn');lock.unlock(); //鎖釋放 } catch (InterruptedException e) {}}}

運(yùn)行main方法輸出結(jié)果：

lock threadName:name-10 writeStart 10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10, writeEndunlock threadName:name-10lock threadName:name-14 writeStart 14,14,14,14,14,14,14,14,14,14,14,14,14,14,14, writeEndunlock threadName:name-14lock threadName:name-13 writeStart 13,13,13,13,13,13,13,13,13,13,13,13,13,13,13, writeEndunlock threadName:name-13lock threadName:name-11 writeStart 11,11,11,11,11,11,11,11,11,11,11,11,11,11,11, writeEndunlock threadName:name-11lock threadName:name-12 writeStart 12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12,12, writeEndunlock threadName:name-12

這體現(xiàn)在多線程情況下，鎖能做到讓線程之間有序運(yùn)行，

如果沒有鎖，情況可能是 12,13,13,10,10,10,12，沒有鎖其他線程可能插隊(duì)執(zhí)行System.out.print

將上鎖的代碼注釋后輸出結(jié)果：

lock threadName:name-11lock threadName:name-12 writeStart lock threadName:name-10 writeStart lock threadName:name-13 writeStart lock threadName:name-14 writeStart writeStart 14,12,10,11,13,11,12,14,10,13,10,13,14,12,11,10,14,12,11,13,14,11,13,12,10,13,10,12,14,11,11,13,10,12,14,14,10,12,11,13,11,14,13,12,10,14,10,11,13,12,14,12,11,13,10,14,10,11,12,13,12,14,11,13,10,11,10,14,13,12,11, writeEndunlock threadName:name-1113,12, writeEndunlock threadName:name-12 writeEndunlock threadName:name-1314, writeEndunlock threadName:name-1410, writeEndunlock threadName:name-10原理

ReentrantLock主要用到unsafe的CAS和park兩個功能實(shí)現(xiàn)鎖（CAS + park ）

多個線程同時(shí)操作一個數(shù)N，使用原子（CAS）操作，原子操作能保證同一時(shí)間只能被一個線程修改，而修改數(shù)N成功后，返回true，其他線程修改失敗，返回false，這個原子操作可以定義線程是否拿到鎖，返回true代表獲取鎖，返回false代表為沒有拿到鎖。

拿到鎖的線程，自然是繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)邏輯代碼，而沒有拿到鎖的線程，則調(diào)用park，將線程（自己）阻塞。

線程阻塞需要其他線程喚醒，ReentrantLock中用到了鏈表用于存放等待或者阻塞的線程，每次線程阻塞，先將自己的線程信息放入鏈表尾部，再阻塞自己；之后需要拿到鎖的線程，在調(diào)用unlock 釋放鎖時(shí)，從鏈表中獲取阻塞線程，調(diào)用unpark 喚醒指定線程

sun.misc.Unsafe是關(guān)鍵類，提供大量偏底層的API 包括CAS parksun.misc.Unsafe 此類在openjdk中可以查看

compare and swapz(CAS)比較并交換，是原子性操作，原理：當(dāng)修改一個(內(nèi)存中的)變量o的值N的時(shí)候，首先有個期望值expected，和一個更新值x，先比較N是否等于expected，等于，那么更新內(nèi)存中的值為x值，否則不更新。

public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset, int expected, int x);

這里offset據(jù)了解，是對象的成員變量在內(nèi)存中的偏移地址，即底層一個對象object存放在內(nèi)存中，讀取的地址是0x2110，此對象的一個成員變量state的值也在內(nèi)存中，但內(nèi)存地址肯定不是0x2110

java中的CAS使用

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer 類

private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();private static final long stateOffset;static { try { stateOffset = unsafe.objectFieldOffset(AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField('state')); //獲取成員變量state在內(nèi)存中的偏移量 } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); } }protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) { // See below for intrinsics setup to support this return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update); }

在Java中，compareAndSetState這個操作如果更新成功，返回true,失敗返回false，通過這個機(jī)制，可以定義鎖（樂觀鎖）。如三個線程A，B，C，在目標(biāo)值為0的情況下，同時(shí)執(zhí)行compareAndSetState(0,1) 去修改它期望值是0，更新值是1，因?yàn)槭窃硬僮鳎诘谝粋€線程操作成功之后目標(biāo)值變?yōu)?，返回true所以另外兩個線程就因?yàn)槠谕禐?不等于1，返回false。我們可以理解為，返回true的線程拿到了鎖。

最終調(diào)用的Java類是sun.misc.Unsafe

Java中可以通過unsafe.park()去阻塞（停止）一個線程，也可以通過unsafe.unpark()讓一個阻塞線程恢復(fù)繼續(xù)執(zhí)行

unsafe.park()

阻塞(停止)當(dāng)前線程

public native void park(boolean isAbsolute, long time);

根據(jù)debug測試，此方法能停止線程自己，最后通過其他線程喚醒

unsafe.unpark()

取消阻塞(喚醒)線程

public native void unpark(Object thread);

根據(jù)debug測試，此方法可以喚醒其他被park調(diào)用阻塞的線程

park與interrupt的區(qū)別

interrupt是Thread類的的API，park是Unsafe類的API，兩者是有區(qū)別的。測試了解，Thread.currentThread().interrupt(),線程會繼續(xù)運(yùn)行，而Unsafe.park(Thread.currentThread())就是直接阻塞線程，不繼續(xù)運(yùn)行代碼。

線程cas操作失敗，可以park阻塞自己，讓其他擁有鎖的線程在unlock的時(shí)候釋放自己，達(dá)到鎖的效果

java.util.concurrent.locks.ReentrantLock的lock方法是

public void lock() { sync.lock(); }

而sync的實(shí)現(xiàn)類其中一個是java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.NonfairSync 不公平鎖，它的邏輯比較直接

/**NonfairSync*/final void lock() { if (compareAndSetState(0, 1))//cas操作，如果true 則表示操作成功，獲取鎖 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); //設(shè)置獲取鎖擁有者為當(dāng)前線程 else acquire(1);//獲取鎖失敗，鎖住線程(自己)}

獲取失敗后阻塞線程

如果獲取鎖失敗，會再嘗試一次，失敗后，將線程（自己）阻塞

public final void acquire(int arg) { if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt(); }protected final boolean tryAcquire(int acquires) { return nonfairTryAcquire(acquires); }final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { //如果期望值為0，內(nèi)存值也為0，再次嘗試獲取鎖（此時(shí)其他線程也可能嘗試獲取鎖）if (compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); //第二次獲取成功，放回true return true;} } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {int nextc = c + acquires;if (nextc < 0) // overflow throw new Error('Maximum lock count exceeded');setState(nextc);return true; } return false; //沒有獲取到鎖，返回false，則 !tryAcquire(arg) 為true，執(zhí)行acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg) }

獲取鎖失敗，線程會進(jìn)入循環(huán)，acquireQueued 方法中for是個無限循環(huán)，除非獲取鎖成功后，才會return。

//獲取鎖失敗后，準(zhǔn)備阻塞線程（自己）//阻塞之前，添加節(jié)點(diǎn)存放到鏈表，其他線程可以通過這個鏈表喚醒此線程private Node addWaiter(Node mode) { Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure Node pred = tail; if (pred != null) { node.prev = pred; if (compareAndSetTail(pred, node)) {//cas操作pred.next = node;return node; } } enq(node); return node; }// 在此方法直到獲取鎖成功才會跳出循環(huán)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; //獲取鎖成功之后才會return跳出此方法}if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && //如果滿足阻塞條件 parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { if (failed)cancelAcquire(node); } } private final boolean parkAndCheckInterrupt() { LockSupport.park(this);//停止線程（自己） return Thread.interrupted(); }釋放鎖

一個線程拿到鎖之后，執(zhí)行完關(guān)鍵代碼，必須unlock釋放鎖的，否則其他線程永遠(yuǎn)拿不到鎖

public void unlock() { sync.release(1); }public final boolean release(int arg) { if (tryRelease(arg)) { Node h = head; if (h != null && h.waitStatus != 0)unparkSuccessor(h); return true; } return false; }//java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.Sync 的tryRelease protected final boolean tryRelease(int releases) { int c = getState() - releases; //這里一般是 1 - 1 = 0 if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) //只能是鎖的擁有者釋放鎖throw new IllegalMonitorStateException(); boolean free = false; if (c == 0) {free = true;setExclusiveOwnerThread(null); } setState(c); //設(shè)置state為0，相當(dāng)于釋放鎖，讓其他線程compareAndSetState(0, 1)可能成功 return free; }protected final void setState(int newState) { state = newState; //沒有cas操作 }

setState不做cas操作是因?yàn)椋挥袚碛墟i的線程才調(diào)用unlock，不存才并發(fā)混亂問題

其他線程沒拿到鎖不會設(shè)值成功，其他線程在此線程設(shè)置state為0之前，compareAndSetState(0, 1)都會失敗，拿不到鎖，此線程設(shè)置state為0之后，其他線程compareAndSetState(0, 1)才有可能成功，返回true從而拿到鎖

釋放線程

線程在獲取鎖失敗后，有可能阻塞線程（自己），在阻塞之前把阻塞線程信息放入鏈表的釋放鎖之后，線程會嘗試通過鏈表釋放其他線程（一個），讓一個阻塞線程恢復(fù)運(yùn)行

有時(shí)候線程被中斷后，喚醒繼續(xù)執(zhí)行后面的代碼，線程沒有拿到鎖之后主動阻塞自己的，但所還沒拿到，被喚醒之后怎么去嘗試重新獲取鎖呢？ 里面有一個for循環(huán)

final void lock() { if (compareAndSetState(0, 1)) setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());//拿到鎖 elseacquire(1); //沒有拿到鎖 }// 上鎖失敗，會添加一個節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)包含線程信息，將此節(jié)點(diǎn)放入隊(duì)列public final void acquire(int arg) { if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt(); }// 存好節(jié)點(diǎn)后，將線程（自己）中斷，等其他線程喚醒（自己）final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { boolean failed = true; try { boolean interrupted = false; for (;;) {//循環(huán) 被喚醒后線程還是在此處循環(huán)final Node p = node.predecessor();if (p == head && tryAcquire(arg)) {//嘗試獲取鎖 setHead(node); p.next = null; // help GC failed = false; return interrupted; //如果拿到鎖了，才會return}if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) //沒拿到鎖時(shí)，主動中斷Thread.currentThread() interrupted = true; } } finally { if (failed)cancelAcquire(node); } }

被喚醒后繼續(xù)執(zhí)行compareAndSetState(0, 1)返回false沒拿到鎖，則繼續(xù)循環(huán)或阻塞

compareAndSetState(0, 1) 這個操作是獲取鎖的關(guān)鍵

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