Java并发编程——锁与可重入锁

上一篇文章中讲述了信号量和互斥量，其中互斥量一般用于保证对于资源的互斥访问，和锁的本质一样。本文讲述简单锁的实现和可重入锁的基本原理。

简单锁

在讲述简单锁的实现之前，我们先来看一个锁的应用例子：

public class Counter{
    private Lock lock = new Lock();
    private int count = 0;
    public int inc(){
        lock.lock();
        this.count++;
        lock.unlock();
        return count;
    }
}

上面的程序中，由于this.count++这一操作分多步执行，在多线程环境中可能出现结果不符合预期的情况，这段代码称之为 临界区 ，所以需要使用lock来保证其原子性。

Lock的实现：

public class Lock{
    private boolean isLocked = false;
    public synchronized void lock() throws InterruptedException{
        while(isLocked){    //不用if，而用while，是为了防止假唤醒
            wait();
        }
        isLocked = true;
    }
    public synchronized void unlock(){
        isLocked = false;
        notify();
    }
}

说明：当isLocked为true时，调用lock()的线程在wait()阻塞。 为防止该线程虚假唤醒，程序会重新去检查isLocked条件。 如果isLocked为false，当前线程会退出while(isLocked)循环，并将isLocked设回true，让其它正在调用lock()方法的线程能够在Lock实例上加锁。当线程完成了临界区中的代码，就会调用unlock()。执行unlock()会重新将isLocked设置为false，并且唤醒 其中一个 处于等待状态的线程。

锁的可重入性

同样，先举例来说明锁的可重入性：

public class UnReentrant{
    Lock lock = new Lock();
    public void outer(){
        lock.lock();
        inner();
        lock.unlock();
    }
    public void inner(){
        lock.lock();
        //do something
        lock.unlock();
    }
}

outer中调用了inner，outer先锁住了lock，这样inner就不能再获取lock。其实调用outer的线程已经获取了lock锁，但是不能在inner中重复利用已经获取的锁资源，这种锁即称之为 不可重入 。通常也称为 自旋锁 。相对来说，可重入就意味着：线程可以进入任何一个它已经拥有的锁所同步着的代码块。

可重入锁的基本原理

我们在上面的Lock基础上作一些修改：

public class Lock{
    boolean isLocked = false;
    Thread  lockedBy = null;
    int lockedCount = 0;
    public synchronized void lock()
        throws InterruptedException{
        Thread callingThread = Thread.currentThread();
        while(isLocked && lockedBy != callingThread){
            wait();
        }
        isLocked = true;
        lockedCount++;
        lockedBy = callingThread;
  }
    public synchronized void unlock(){
        if(Thread.curentThread() == this.lockedBy){
            lockedCount--;
            if(lockedCount == 0){
                isLocked = false;
                notify();
            }
        }
    }
}

• lockBy：保存已经获得锁实例的线程，在lock()判断调用lock的线程是否已经获得当前锁实例，如果已经获得锁，则直接跳过while，无需等待。
• lockCount：记录同一个线程重复对一个锁对象加锁的次数。否则，一次unlock就会解除所有锁，即使这个锁实例已经加锁多次了。

Java中常用的锁的属性

synchronized：可重入锁；
java.util.concurrent.locks.ReentrantLock：可重入锁；