Lock 鎖底層實作

★ 1、講講 Lock 鎖

是一個接口，有三個實作類，分别是常用的 ​

​可重入鎖，讀鎖、寫鎖​

​。常用的是可重入鎖。

加鎖使用lock() 方法，解鎖使用 unlock() 方法。Lock的底層是 AQS+CAS機制 實作。

Lock 常用子類 可重入鎖ReentrantLock 有兩種模式， ​

​公平鎖模式、非公平鎖模式​

​

​

​公平鎖模式​

​​ 和 ​

​非公平鎖模式​

​ 的應用

• 預設一般建立的是非公平鎖，就是允許線程插隊，而不是按先來後到順序
• 并發量高的，非公平可能會導緻線程餓死 === 做中間件，比如rocketmq 就需要關注鎖公平和不公平

• mq 消息隊列的應用,比如網易雲多個使用者的評論->mq->如果是非公平鎖，那麼導緻線程饑餓，導緻等待時間過長-不穩定

• 解決：mq源碼的queue包下有：

  RoundQueue(線程不安全)，ConcurrentTreeMap(線程安全-put 方法使用了lock 加鎖，且lock = new ReentrantLock(true);)

可重入鎖的意思是 對于同一線程可以重複去擷取鎖。應用場景--遞歸，例如檔案夾周遊目錄下的所有檔案名。

★ 2、和synchronized 的使用差別/ 說說lock 和 synchronized 鎖的差別

• synchronized 是一個 ​

  ​關鍵字​

  ​，使用C++實作的，沒辦法控制鎖的開始、鎖結束，也沒辦法中斷線程的執行
• 而 lock 是 ​

  ​java層面的實作​

  ​，可以擷取鎖的狀态，開啟鎖，釋放鎖，通過設定可以中斷線程的執行，更加靈活
• 是否自動是否鎖：synchronized 會自動是否鎖，而 lock 需要手動調用unlock 方法釋放，否則會死循環

lock.lock();//其他沒有拿到鎖的線程？阻塞 卡着不動
boolean res = lock.tryLock(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);//一秒之後如果沒有拿到鎖，就傳回false

lock.lockInterruptibly();//中斷方法      

★ 3、講講 trylock、lock方法

lock 鎖設計上的核心成員：鎖狀态、鎖擁有者、等待隊列

源碼方面：在 ReentrantLock 中 使用了關鍵成員是同步器AQS（源碼中的Sync）

trylock方法：擷取鎖/是否鎖成功

• 鎖的狀态，0 代表未占用鎖，大于0 則代表占用鎖的次數。
• 首先目前線程以CAS的方式，嘗試将鎖的狀态從0修改成1，就是嘗試擷取鎖。
• 擷取到了就把目前線程設定給AQS的屬性exclusiveOwnerThread，也就是指明目前鎖的擁有者是目前線程。

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {//如果占用鎖的是目前線程，則代表重入次數
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }      

lock方法：加鎖

• 非公平鎖模式，首先目前線程以CAS的方式，嘗試将鎖的狀态從0修改成1，就是嘗試擷取鎖。
• 擷取到了就把目前線程設定給AQS的屬性exclusiveOwnerThread，也就是指明目前鎖的擁有者是目前線程。
• 目前鎖已經被占用，線程會進入等待隊列，不斷地搶鎖，搶到鎖直接從等待隊列彈出，否則判斷線程的狀态是否需要挂起（阻塞），這裡循環搶鎖，不斷調用了嘗試擷取鎖的方法，也利用了CAS思想。

// 非公平鎖模式 lock = new ReentrantLock();
final void lock() {
    // 首先以 CAS 的方式，嘗試将state 從0修改成1 
   if (compareAndSetState(0, 1))
         setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
   else
         acquire(1);
}

// compareAndSetState(0, 1)--> CAS 機制
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
 // See below for intrinsics setup to support this
  return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}


// acquire(1);--> CAS 機制
    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))//進入等待隊列，繼續不斷嘗試擷取鎖，直到搶到鎖則彈出隊列，否則判斷線程的狀态是否需要挂起
            selfInterrupt();
    }

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;
                }
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())//判斷線程的狀态是否需要挂起
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }