Android Lock锁实现原理详细分析

时间:2023-03-21 守住Android最后的光人气:0

Lock简介

Lock接口位于J.U.C下locks包内，其定义了Lock应该具备的方法。

Lock 方法签名：

void lock()：获取锁（不死不休，拿不到就一直等）
boolean tryLock()：获取锁（浅尝辄止，拿不到就算了）
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException：获取锁（过时不候，在一定时间内拿不到锁，就算了）
void lockInterruptibly() throws InterruptedException：获取锁（任人摆布，xxx）
void unlock()：释放锁
Condition newCondition()：获得Condition对象

synchronized和lock的区别

synchronized是java关键字，是用c++实现的；而lock是用java类，用java可以实现
synchronized可以锁住代码块，对象和类，但是线程从开始获取锁之后开发者不能进行控制和了解；lock则用起来非常灵活，提供了许多api可以让开发者去控制加锁和释放锁等等。

写个Demo

static Lock lock = new ReentrantLock();
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {         lock.lock();//其他没拿到锁的卡住不动         Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("start to get lock Interruptibly");
                lock.unlock(); //看看会发生什么，注释掉再看看
                lock.lock();
                System.out.println("拿到锁");
                lock.unlock();
                System.out.println("释放锁");
            }
        });
        thread.start();         Thread.sleep(3000);
        lock.unlock();
    }

我们自己来手写一下lock接口的tryLock()、lock()和unLock()方法，实现我们自己的myLock。

public class MyLock implements Lock {
    //多并发调用  0-未占用 大于0-占用
    AtomicInteger state = new AtomicInteger();     Thread ownerThread = new Thread();     //等待锁的队列
    LinkedBlockingQueue<Thread> waiters = new LinkedBlockingQueue();     @Override
    public void lock() {
        if (!tryLock()) {  //先抢锁，所以是非公平锁
            //没拿到锁,放到队列中去进行排队
            waiters.add(Thread.currentThread());
            //等待被唤醒
            for (; ; ) {
                if (tryLock()) {  //非公平锁情况下，唤醒过来继续获取锁
                    waiters.poll(); //获取锁成功把自己从队列中取出来
                    return;
                } else    //获取锁失败
                    LockSupport.park();  //线程阻塞
            }
        }
    }     @Override
    public boolean tryLock() {
        if (state.get() == 0) { //如果锁没被占用
            if (state.compareAndSet(0, 1)) {  //如果成功拿到锁
                ownerThread = Thread.currentThread();   //占用锁线程改为当前线程
                return true;
            }
        }
        return false;
    }     @Override
    public void unlock() {         if (ownerThread != Thread.currentThread())  //占用锁线程不是当前线程无法释放锁
            throw new RuntimeException("非法调用,当前锁不属于你");         if (state.decrementAndGet() == 0)  //如果成功释放锁
            ownerThread = null;  //占用锁线程置空
        //通知其他线程
//        Thread thread = null;
//
//        while ((thread = waiters.peek()) != null)
//            LockSupport.unpark(thread);
        Thread thread = waiters.peek(); //获取队列头部线程，线程还留在队列中
        if (thread != null) {
            LockSupport.unpark(thread); //取消阻塞
        }
    }     @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return false;
    }     @Override
    public Condition newCondition() {
        return null;
    }     @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {     }
}

几个注意点：

锁的占用状态state是AtomicInteger类型，底层原理是CAS，这是为了保证在多并发情况下线程安全问题；
当线程1释放锁成功时，获取队列头部线程但并不取出，因为非公平锁模式下，队列头部线程不一定能获取到锁；
LockSupport的park()和unPark()方法是native方法，可以阻塞，唤醒线程；

Lock默认是非公平锁，上面实现的也是非公平锁，小伙伴们可以试一试。

公平锁和非公平锁区别：

先等待先获取锁是公平锁；先等待也不一定先获取锁，可能被突然到来的线程获取到是非公平锁；

公平锁的实现：

  @Override
    public void lock() {
       checkQueue（）;//线程来的时候先不获取锁，而是先检查队列中有没有等待的线程，如果有，直接放入队列，如果没有，再去获取锁
        if (!tryLock()) {  //先抢锁，所以是非公平锁
            //没拿到锁,放到队列中去进行排队
            waiters.add(Thread.currentThread());
            //等待被唤醒
            for (; ; ) {
                if (tryLock()) {  //非公平锁情况下，唤醒过来继续获取锁
                    waiters.poll(); //获取锁成功把自己从队列中取出来
                    return;
                } else    //获取锁失败
                    LockSupport.park();  //线程阻塞
            }
        }
    }

lock源码

在阅读源码的成长的过程中，有很多人会遇到很多困难，一个是源码太多，另一方面是源码看不懂。在阅读源码方面，我提供一些个人的建议：

第一个是抓主舍次，看源码的时候，很多人会发现源码太长太多，看不下去，这就要求我们抓住哪些是核心的方法，哪些是次要的方法。当舍去次要方法，就会发现代码精简和很多，会大大提高我们阅读源码的信心。
第二个是不要死扣，有人看源码会一行一行的死扣，当看到某一行看不懂，就一直停在那里死扣，知道看懂为止，其实很多时候，虽然看不懂代码，但是可以从变量名和方法名知道该代码的作用，java中都是见名知意的。

接下来进入阅读lock的源码部分，在lock的接口中，主要的方法如下：

public interface Lock {
    // 加锁
    void lock()；
    // 尝试获取锁
    boolean tryLock();
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    // 解锁
    void unlock();
}

在lock接口的实现类中，最主要的就是ReentrantLock，来看看ReentrantLock中lock()方法的源码：

    // 默认构造方法，非公平锁
    public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }
    // 构造方法，公平锁
    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }
    // 加锁
    public void lock() {
        sync.lock();
    }

在初始化lock实例对象的时候，可以提供一个boolean的参数，也可以不提供该参数。提供该参数就是公平锁，不提供该参数就是非公平锁。

总结

lock的存储结构：一个int类型状态值（用于锁的状态变更），一个双向链表（用于存储等待中的线程）
lock获取锁的过程：本质上是通过CAS来获取状态值修改，如果当场没获取到，会将该线程放在线程等待链表中。
lock释放锁的过程：修改状态值，调整等待链表。

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