ReentrantLock源码解析（补充3——tryLock(long,TimeUnit)锁超时）

上一章仅介绍了 ReentrantLock 的常用方法以及公平锁、非公平锁的实现。这里对上一章做一些补充。主要是：

• AQS 中阻塞的线程被唤醒后的执行流程
• 可打断的锁 lock.lockInterruptibly()
• 锁超时 lock.tryLock(long,TimeUnit) （本篇讲述）
• 条件变量 Condition

1. 锁超时的应用

lock.tryLock(long,TimeUnit) 和 lock.tryLock() 是不同的。

• lock.tryLock() 是非公平锁实现，仅尝试获取锁一次
• lock.tryLock(long, TimeUnit) 调用链分为公平与非公平锁，
  • 在限定时间内尝试获取锁，如果时间结束仍然获取不到，将返回false
  • 限定时间内可以被中断等待。

使用方法：

public class ReentrantLockDemo1 {ReentrantLock lock = new ReentrantLock();Runnable r = new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {//尝试在2s内获取到锁if(!lock.tryLock(2,TimeUnit.SECONDS)){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 2s内获取不到锁");return;}else{System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 2s内获取到了锁");}} catch (InterruptedException e) {//如果在限定时间内被中断，则响应中断，并放弃等待锁资源e.printStackTrace();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 2s内还未获取到锁,且被中断退出等待");return;}try{//临界区System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 获取到了锁，进入临界区");}finally {//释放锁lock.unlock();}}};public static void main(String[] args)  {ReentrantLockDemo1 demo = new ReentrantLockDemo1();Thread t1= new Thread(demo.r,"t1");//主线程先获取到锁demo.lock.lock();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 获取到锁");t1.start();try {Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}//主线程等待一段时间后才释放锁System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 释放了锁");demo.lock.unlock();}}

上述代码运行结果：

main 获取到锁
t1 2s内获取不到锁
main 释放了锁Process finished with exit code 0

由于主线程持有锁 5 秒，而线程 t1 获取锁的限定时间为 2 秒，限定时间后没有获取到锁，放弃锁资源的等待。

如果让主线程中等待时间缩减为 Thread.sleep(50)，运行结果如下：

main 获取到锁
main 释放了锁
t1 2s内获取到了锁
t1 获取到了锁，进入临界区Process finished with exit code 0

2. tryLock(long, TimeUnit) 的实现原理

通过调用 lock.tryLock( long , TimeUnit ) 进入到了 AQS 的 tryAcquireNanos(int arg, long) 方法：

//ReentrantLock
public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException {return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
//AbstractQueuedSynchronizer
public final boolean tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout)throws InterruptedException {if (Thread.interrupted())throw new InterruptedException();return tryAcquire(arg) ||doAcquireNanos(arg, nanosTimeout);
}

tryAcquireNanos(int , long) 是一个模板方法，且由于 tryAcquire() 方法需要子类实现，所以分为了公平与非公平锁两种情况。

• 公平锁：tryAcquire() 如果锁空闲，将先查看 AQS 等待队列中是否等待节点，如果没有才会CAS一次来尝试获取锁资源。如果锁非空闲，可重入。
• 非公平锁：tryAcquire() 如果锁空闲，直接CAS一次来尝试获取锁资源。如果锁非空闲，可重入。

在 doAcquireNanos() 方法中核心通过 LockSupport.parkNanos() 来定时唤醒并查看是否限时结束。

private boolean doAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout)throws InterruptedException {//如果等待时间不合法，直接退出if (nanosTimeout <= 0L)return false;//计算截止时间final long deadline = System.nanoTime() + nanosTimeout;//封装到node结构中，并加到AQS的等待队列队尾final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);boolean failed = true;try {for (;;) {//只要为运行态，执行到这一步，就会尝试获取锁资源。final Node p = node.predecessor();if (p == head && tryAcquire(arg)) {setHead(node);p.next = null; // help GCfailed = false;return true;}//如果获取不到锁资源，计算剩余时间nanosTimeout = deadline - System.nanoTime();if (nanosTimeout <= 0L)//剩余时间没了，则退出等待return false;//如果还有剩余时间if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&//如果剩余时间 > 自旋时间阈值nanosTimeout > spinForTimeoutThreshold)//将线程阻塞挂起直到剩余时间结束//1. 中途可以被interrupt()中断，并进入下方的抛出异常响应中断//2. 唤醒后，再次进入 for(;;) 循环，最后进行一次锁资源的获取LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);if (Thread.interrupted())throw new InterruptedException();}} finally {if (failed)cancelAcquire(node);}
}

一般情况下，进入 doAcquireNanos() 将会先时获取一次锁，如果没获取到，则：

• 如果剩余时间 < 自旋尝试获取锁时间阈值：不进行阻塞，而是再次进入 for( ; ; )循环，形成自旋尝试获取锁的动作。
• 如果剩余时间 > 自旋尝试获取锁时间阈值：剩余多少时间就阻塞多少时间，唤醒后，再次进入 for( ; ; ) 循环，最后一次尝试锁的获取。

不论是自旋获取锁，还是阻塞等待，都可以检测到线程 interrupt() 的情况，如果中断标记为 true， 可以响应中断，即抛出 InterruptedException 异常。