文章目录
- 什么是非公平锁和公平锁呢？
- 我们来看看acquire(1)的源码如下：
- 这里的判断条件主要做两件事：
- 在`tryAcquire()`方法中，主要是做了以下几件事：
- 公平锁的`tryAcquire()`，实现的原理图如下：
- 我们来看看`acquireQueued()`方法，
- `acquireQueued()`方法主要执行以下几件事：
- 在`lock()`方法，其实在lock()方法中，已经包含了两方面：
- 总结上面的几个方法，unlock释放锁方法的执行原理图如下：
- 如下面的非公平锁，尝试获取锁`nonfairTryAcquire()`源码如下：
- `lock`锁的核心的`Api`如下：
- 最后的属性为当前锁的拥有者，直接就用`Thread`来封装，定义如下：
- 然后是`trylock`方法，依据上面的源码分析，在`trylock`中主要执行的以下几件事：
完整的Java锁机制可以看这篇文章： https://blog.csdn.net/weixin_44797327/article/details/134761807?spm=1001.2014.3001.5502
什么是非公平锁和公平锁呢？
非公平锁就是不按照线程先来后到的时间顺序进行竞争锁，后到的线程也能够获取到锁，公平锁就是按照线程先来后到的顺序进行获取锁，后到的线程只能等前面的线程都获取锁完毕才执行获取锁的操作，执行有序。
我们来看看lock()这个方法，这个有区分公平锁和非公平锁，这个两者的实现不同，先来看看公平锁，源码如下：
// 直接调用 acquire(1)
final void lock() {
acquire(1);
}
我们来看看acquire(1)的源码如下：
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
这里的判断条件主要做两件事：
- 通关过该方法
tryAcquire(arg)尝试的获取锁 - 若是没有获取到锁，通过该方法
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)就将当前的线程加入到存储等待线程的队列中。
其中tryAcquire(arg）是尝试获取锁，这个方法是公平锁的核心之一，它的源码如下：
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
// 获取当前线程
final Thread current = Thread.currentThread();
// 获取当前线程拥有着的状态
int c = getState();
// 若为0，说明当前线程拥有着已经释放锁
if (c == 0) {
// 判断线程队列中是否有，排在前面的线程等待着锁，若是没有设置线程的状态为1。
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
// 设置线程的拥有着为当前线程
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
// 若是当前的线程的锁的拥有者就是当前线程，可重入锁
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 执行状态值+1
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
// 设置status的值为nextc
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
在tryAcquire()方法中，主要是做了以下几件事：
- 判断当前线程的锁的拥有者的状态值是否为0，若为0，通过该方法
hasQueuedPredecessors()再判断等待线程队列中，是否存在排在前面的线程。 - 若是没有通过该方法
compareAndSetState(0, acquires)设置当前的线程状态为1。 - 将线程拥有者设为当前线程
setExclusiveOwnerThread(current) - 若是当前线程的锁的拥有者的状态值不为0，说明当前的锁已经被占用，通过
current == getExclusiveOwnerThread()判断锁的拥有者的线程，是否为当前线程，实现锁的可重入。 - 若是当前线程将线程的状态值+1，并更新状态值。
公平锁的tryAcquire()，实现的原理图如下：
我们来看看acquireQueued()方法，
该方法是将线程加入等待的线程队列中，源码如下：
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
// 死循环处理
for (;;) {
// 获取前置线程节点
final Node p = node.predecessor();
// 这里又尝试的去获取锁
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
// 直接return interrupted
return interrupted;
}
// 在获取锁失败后，应该将线程Park(暂停)
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
acquireQueued()方法主要执行以下几件事：
- 死循环处理等待线程中的前置节点，并尝试获取锁，若是
p == head && tryAcquire(arg)，则跳出循环，即获取锁成功。 - 若是获取锁不成功
shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt()就会将线程暂停。
在acquire(int arg)方法中，最后若是条件成立，执行下面的源码：
selfInterrupt();
// 实际执行的代码为
Thread.currentThread().interrupt();
即尝试获取锁失败，就会将锁加入等待的线程队列中，并让线程处于中断等待。公平锁lock()方法执行的原理图如下：
之所以画这些原理的的原因，是为后面写一个自己的锁做铺垫，因为你要实现和前人差不多的东西，你必须了解该东西执行的步骤，最后得出的结果，执行的过程是怎么样的。
有了流程图，在后面的实现自己的东西才能一步一步的进行。这也是阅读源码的必要之一。
在lock()方法，其实在lock()方法中，已经包含了两方面：
- 锁方法
lock()。 - 尝试获取锁方法
tryAquire()。
接下来，我们来看一下unlock()方法的源码。
public void unlock() {
sync.release(1);
}
直接调用release(1)方法，来看release方法源码如下:
public final boolean release(int arg) {
// 尝试释放当前节点
if (tryRelease(arg)) {
// 取出头节点
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
// 释放锁后要即使唤醒等待的线程来获取锁
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
通过调用tryRelease(arg)，尝试释放当前节点，若是释放锁成功，就会获取的等待队列中的头节点，就会即使唤醒等待队列中的等待线程来获取锁。接下来看看tryRelease(arg)的源码如下：
// 尝试释放锁
protected final boolean tryRelease(int releases) {
// 将当前状态值-1
int c = getState() - releases;
// 判断当前线程是否是锁的拥有者，若不是直接抛出异常，非法操作，直接一点的解释就是，你都没有拥有锁，还来释放锁，这不是骗人的嘛
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
//执行释放锁操作 1.若状态值=0 2.将当前的锁的拥有者设为null
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
// 重新更新status的状态值
setState(c);
return free;
}
总结上面的几个方法，unlock释放锁方法的执行原理图如下：
对于非公平锁与公平锁的区别，在非公平锁尝试获取锁中不会执行hasQueuedPredecessors()去判断是否队列中还有等待的前置节点线程。
如下面的非公平锁，尝试获取锁nonfairTryAcquire()源码如下：
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
// 直接就将status-1，并不会判断是否还有前置线程在等待
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
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;
}
以上就是公平锁和非公平锁的主要的核心方法的源码，接下来我们实现自己的一个锁，首先依据前面的分析中，要实现自己的锁，拥有的锁的核心属性如下：
- 状态值
status，0为未占用锁，1未占用锁，并且是线程安全的。 - 等待线程队列，用于存放获取锁的等待线程。
- 当前线程的拥有者。
lock锁的核心的Api如下：
lock方法trylock方法unlock方法
依据以上的核心思想来实现自己的锁，首先定义状态值status，使用的是AtomicInteger原子变量来存放状态值，实现该状态值的并发安全和可见性。定义如下：
// 线程的状态 0表示当前没有线程占用 1表示有线程占用
AtomicInteger status =new AtomicInteger();
接下来定义等待线程队列，使用LinkedBlockingQueue队列来装线程，定义如下：
// 等待的线程
LinkedBlockingQueue<Thread> waiters = new LinkedBlockingQueue<Thread>();
最后的属性为当前锁的拥有者，直接就用Thread来封装，定义如下：
// 当前线程拥有者
Thread ownerThread =null;
接下来定义lock()方法，依据上面的源码分析，在lock方法中主要执行的几件事如下：
- 死循环的处理等待线程队列中的线程，知道获取锁成功，将该线程从队列中删除，跳出循环。
- 获取锁不成功，线程处于暂停等待。
@Override
public void lock() {
// TODO Auto-generated method stub
// 尝试获取锁
if (!tryLock()) {
// 获取锁失败，将锁加入等待的队列中
waitersQueue.add(Thread.currentThread());
// 死循环处理队列中的锁，不断的获取锁
for (;;) {
if (tryLock()) {
// 直到获取锁成功，将该线程从等待队列中删除
waitersQueue.poll();
// 直接返回
return;
} else {
// 获取锁不成功，就直接暂停等待。
LockSupport.park();
}
}
}
}
然后是trylock方法，依据上面的源码分析，在trylock中主要执行的以下几件事：
- 判断当前拥有锁的线程的状态是否为0，为0，执行状态值+1，并将当前线程设置为锁拥有者。
- 实现锁可重入
@Override
public boolean tryLock() {
// 判断是否有现成占用
if (status.get()==0) {
// 执行状态值加1
if (status.compareAndSet(0, 1)) {
// 将当前线程设置为锁拥有者
ownerThread = Thread.currentThread();
return true;
} else if(ownerThread==Thread.currentThread()) {
// 实现锁可重入
status.set(status.get()+1);
}
}
return false;
}
最后就是unlock方法，依据上面的源码分析，在unlock中主要执行的事情如下：
- 判断当前线程是否是锁拥有者，若不是直接抛出异常。
- 判断状态值是否为0，并将锁拥有者清空，唤醒等待的线程。
@Override
public void unlock() {
// TODO Auto-generated method stub
// 判断当前线程是否是锁拥有者
if (ownerThread!=Thread.currentThread()) {
throw new RuntimeException("非法操作");
}
// 判断状态值是否为0
if (status.decrementAndGet()==0) {
// 清空锁拥有着
ownerThread = null;
// 从等待队列中获取前置线程
Thread t = waitersQueue.peek();
if (t!=null) {
// 并立即唤醒该线程
LockSupport.unpark(t);
}
}
}
