确实,通过记录线程 ID(或线程标识)可以判断一个锁是否被某个线程持有。
但维护计数器并不是为了简单判断锁的持有者,而是为了支持可重入锁的完整语义。
这是因为:
1. 可重入锁需要支持嵌套调用
假设只记录线程 ID,而不维护计数器,来看一个嵌套调用的场景:
示例代码
synchronized(obj) {
// 第一次获取锁
synchronized(obj) {
// 第二次获取锁(嵌套)
}
}
第一次进入
synchronized(obj)
时,线程 ID 被记录,表示该线程持有锁。如果没有计数器,第二次进入
synchronized(obj)
时,程序需要检查当前线程是否与锁的持有者线程 ID 相同。
问题
退出时的困惑:
当嵌套的第二层
synchronized(obj)
结束时,如果只根据线程 ID 而不维护计数器,程序如何知道此时锁还需要继续保持,还是应该释放锁?
2. 为什么计数器是必要的
计数器的作用
记录线程获取锁的次数:确保锁在嵌套调用中不会过早释放。
准确释放锁:
只有当获取锁的线程退出到最外层时(即计数器减为 0),锁才会真正释放。
这样可以避免其他线程在中途抢占锁,导致线程安全问题。
示例代码
以下是维护计数器的正确行为:
第一次获取锁:
线程 ID 被记录。
计数器从 0 增加到 1。
第二次获取锁(同一线程,嵌套调用):
检查线程 ID 相同,计数器从 1 增加到 2。
释放锁:
嵌套调用结束时,计数器从 2 减少到 1。
只有当计数器减为 0 时,锁才真正释放。
3. 不使用计数器的后果
如果只记录线程 ID 而不使用计数器:
嵌套调用无法正确处理:
当嵌套调用退出时,锁可能被过早释放。
例如,以下代码可能导致并发问题:
synchronized(obj) { synchronized(obj) { // 第二次获取锁 } // 此处锁可能已经被释放,但外层还在访问共享资源 }
锁释放的逻辑更复杂:
需要额外的机制来追踪嵌套调用的深度,计数器正是为此目的而设计的。
4. 实现中的细节
在 Java 的 synchronized
实现中,锁对象的状态信息中会记录以下内容:
持有线程 ID:标记当前锁的持有者。
计数器:记录当前线程获取锁的次数。
计数器在两方面发挥作用:
锁的嵌套调用:允许同一线程多次获取锁。
锁的释放条件:确保只有在最外层同步块退出时,锁才被真正释放。
5. 为什么计数器更直观
相比只记录线程 ID 的设计,计数器使锁的实现和语义更直观:
计数器直接反映了锁的嵌套深度。
计数器为线程释放锁提供了明确的条件(即计数器减为 0 时释放锁)。
总结
记录线程 ID 可以判断锁的持有者,但无法准确反映嵌套调用的深度,容易导致锁的过早释放问题。
计数器的设计是为了支持 可重入锁 的嵌套调用语义,同时确保锁在最外层调用退出时才会被正确释放。