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2013.10.24
[uclinux-h8/uClinux-dist.git] / lib / classpath / external / jsr166 / java / util / concurrent / locks / ReentrantLock.java
1 /*
2  * Written by Doug Lea with assistance from members of JCP JSR-166
3  * Expert Group and released to the public domain, as explained at
4  * http://creativecommons.org/licenses/publicdomain
5  */
6
7 package java.util.concurrent.locks;
8 import java.util.*;
9 import java.util.concurrent.*;
10 import java.util.concurrent.atomic.*;
11
12 /**
13  * A reentrant mutual exclusion {@link Lock} with the same basic
14  * behavior and semantics as the implicit monitor lock accessed using
15  * {@code synchronized} methods and statements, but with extended
16  * capabilities.
17  *
18  * <p>A {@code ReentrantLock} is <em>owned</em> by the thread last
19  * successfully locking, but not yet unlocking it. A thread invoking
20  * {@code lock} will return, successfully acquiring the lock, when
21  * the lock is not owned by another thread. The method will return
22  * immediately if the current thread already owns the lock. This can
23  * be checked using methods {@link #isHeldByCurrentThread}, and {@link
24  * #getHoldCount}.
25  *
26  * <p>The constructor for this class accepts an optional
27  * <em>fairness</em> parameter.  When set {@code true}, under
28  * contention, locks favor granting access to the longest-waiting
29  * thread.  Otherwise this lock does not guarantee any particular
30  * access order.  Programs using fair locks accessed by many threads
31  * may display lower overall throughput (i.e., are slower; often much
32  * slower) than those using the default setting, but have smaller
33  * variances in times to obtain locks and guarantee lack of
34  * starvation. Note however, that fairness of locks does not guarantee
35  * fairness of thread scheduling. Thus, one of many threads using a
36  * fair lock may obtain it multiple times in succession while other
37  * active threads are not progressing and not currently holding the
38  * lock.
39  * Also note that the untimed {@link #tryLock() tryLock} method does not
40  * honor the fairness setting. It will succeed if the lock
41  * is available even if other threads are waiting.
42  *
43  * <p>It is recommended practice to <em>always</em> immediately
44  * follow a call to {@code lock} with a {@code try} block, most
45  * typically in a before/after construction such as:
46  *
47  * <pre>
48  * class X {
49  *   private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
50  *   // ...
51  *
52  *   public void m() {
53  *     lock.lock();  // block until condition holds
54  *     try {
55  *       // ... method body
56  *     } finally {
57  *       lock.unlock()
58  *     }
59  *   }
60  * }
61  * </pre>
62  *
63  * <p>In addition to implementing the {@link Lock} interface, this
64  * class defines methods {@code isLocked} and
65  * {@code getLockQueueLength}, as well as some associated
66  * {@code protected} access methods that may be useful for
67  * instrumentation and monitoring.
68  *
69  * <p>Serialization of this class behaves in the same way as built-in
70  * locks: a deserialized lock is in the unlocked state, regardless of
71  * its state when serialized.
72  *
73  * <p>This lock supports a maximum of 2147483647 recursive locks by
74  * the same thread. Attempts to exceed this limit result in
75  * {@link Error} throws from locking methods.
76  *
77  * @since 1.5
78  * @author Doug Lea
79  */
80 public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {
81     private static final long serialVersionUID = 7373984872572414699L;
82     /** Synchronizer providing all implementation mechanics */
83     private final Sync sync;
84
85     /**
86      * Base of synchronization control for this lock. Subclassed
87      * into fair and nonfair versions below. Uses AQS state to
88      * represent the number of holds on the lock.
89      */
90     static abstract class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
91         private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;
92
93         /**
94          * Performs {@link Lock#lock}. The main reason for subclassing
95          * is to allow fast path for nonfair version.
96          */
97         abstract void lock();
98
99         /**
100          * Performs non-fair tryLock.  tryAcquire is
101          * implemented in subclasses, but both need nonfair
102          * try for trylock method.
103          */
104         final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
105             final Thread current = Thread.currentThread();
106             int c = getState();
107             if (c == 0) {
108                 if (compareAndSetState(0, acquires)) {
109                     setExclusiveOwnerThread(current);
110                     return true;
111                 }
112             }
113             else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
114                 int nextc = c + acquires;
115                 if (nextc < 0) // overflow
116                     throw new Error("Maximum lock count exceeded");
117                 setState(nextc);
118                 return true;
119             }
120             return false;
121         }
122
123         protected final boolean tryRelease(int releases) {
124             int c = getState() - releases;
125             if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
126                 throw new IllegalMonitorStateException();
127             boolean free = false;
128             if (c == 0) {
129                 free = true;
130                 setExclusiveOwnerThread(null);
131             }
132             setState(c);
133             return free;
134         }
135
136         protected final boolean isHeldExclusively() {
137             // While we must in general read state before owner,
138             // we don't need to do so to check if current thread is owner
139             return getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
140         }
141
142         final ConditionObject newCondition() {
143             return new ConditionObject();
144         }
145
146         // Methods relayed from outer class
147
148         final Thread getOwner() {
149             return getState() == 0 ? null : getExclusiveOwnerThread();
150         }
151
152         final int getHoldCount() {
153             return isHeldExclusively() ? getState() : 0;
154         }
155
156         final boolean isLocked() {
157             return getState() != 0;
158         }
159
160         /**
161          * Reconstitutes this lock instance from a stream.
162          * @param s the stream
163          */
164         private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
165             throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
166             s.defaultReadObject();
167             setState(0); // reset to unlocked state
168         }
169     }
170
171     /**
172      * Sync object for non-fair locks
173      */
174     final static class NonfairSync extends Sync {
175         private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
176
177         /**
178          * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
179          * acquire on failure.
180          */
181         final void lock() {
182             if (compareAndSetState(0, 1))
183                 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
184             else
185                 acquire(1);
186         }
187
188         protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
189             return nonfairTryAcquire(acquires);
190         }
191     }
192
193     /**
194      * Sync object for fair locks
195      */
196     final static class FairSync extends Sync {
197         private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;
198
199         final void lock() {
200             acquire(1);
201         }
202
203         /**
204          * Fair version of tryAcquire.  Don't grant access unless
205          * recursive call or no waiters or is first.
206          */
207         protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
208             final Thread current = Thread.currentThread();
209             int c = getState();
210             if (c == 0) {
211                 if (isFirst(current) &&
212                     compareAndSetState(0, acquires)) {
213                     setExclusiveOwnerThread(current);
214                     return true;
215                 }
216             }
217             else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
218                 int nextc = c + acquires;
219                 if (nextc < 0)
220                     throw new Error("Maximum lock count exceeded");
221                 setState(nextc);
222                 return true;
223             }
224             return false;
225         }
226     }
227
228     /**
229      * Creates an instance of {@code ReentrantLock}.
230      * This is equivalent to using {@code ReentrantLock(false)}.
231      */
232     public ReentrantLock() {
233         sync = new NonfairSync();
234     }
235
236     /**
237      * Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the
238      * given fairness policy.
239      *
240      * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy
241      */
242     public ReentrantLock(boolean fair) {
243         sync = (fair)? new FairSync() : new NonfairSync();
244     }
245
246     /**
247      * Acquires the lock.
248      *
249      * <p>Acquires the lock if it is not held by another thread and returns
250      * immediately, setting the lock hold count to one.
251      *
252      * <p>If the current thread already holds the lock then the hold
253      * count is incremented by one and the method returns immediately.
254      *
255      * <p>If the lock is held by another thread then the
256      * current thread becomes disabled for thread scheduling
257      * purposes and lies dormant until the lock has been acquired,
258      * at which time the lock hold count is set to one.
259      */
260     public void lock() {
261         sync.lock();
262     }
263
264     /**
265      * Acquires the lock unless the current thread is
266      * {@linkplain Thread#interrupt interrupted}.
267      *
268      * <p>Acquires the lock if it is not held by another thread and returns
269      * immediately, setting the lock hold count to one.
270      *
271      * <p>If the current thread already holds this lock then the hold count
272      * is incremented by one and the method returns immediately.
273      *
274      * <p>If the lock is held by another thread then the
275      * current thread becomes disabled for thread scheduling
276      * purposes and lies dormant until one of two things happens:
277      *
278      * <ul>
279      *
280      * <li>The lock is acquired by the current thread; or
281      *
282      * <li>Some other thread {@linkplain Thread#interrupt interrupts} the
283      * current thread.
284      *
285      * </ul>
286      *
287      * <p>If the lock is acquired by the current thread then the lock hold
288      * count is set to one.
289      *
290      * <p>If the current thread:
291      *
292      * <ul>
293      *
294      * <li>has its interrupted status set on entry to this method; or
295      *
296      * <li>is {@linkplain Thread#interrupt interrupted} while acquiring
297      * the lock,
298      *
299      * </ul>
300      *
301      * then {@link InterruptedException} is thrown and the current thread's
302      * interrupted status is cleared.
303      *
304      * <p>In this implementation, as this method is an explicit
305      * interruption point, preference is given to responding to the
306      * interrupt over normal or reentrant acquisition of the lock.
307      *
308      * @throws InterruptedException if the current thread is interrupted
309      */
310     public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
311         sync.acquireInterruptibly(1);
312     }
313
314     /**
315      * Acquires the lock only if it is not held by another thread at the time
316      * of invocation.
317      *
318      * <p>Acquires the lock if it is not held by another thread and
319      * returns immediately with the value {@code true}, setting the
320      * lock hold count to one. Even when this lock has been set to use a
321      * fair ordering policy, a call to {@code tryLock()} <em>will</em>
322      * immediately acquire the lock if it is available, whether or not
323      * other threads are currently waiting for the lock.
324      * This &quot;barging&quot; behavior can be useful in certain
325      * circumstances, even though it breaks fairness. If you want to honor
326      * the fairness setting for this lock, then use
327      * {@link #tryLock(long, TimeUnit) tryLock(0, TimeUnit.SECONDS) }
328      * which is almost equivalent (it also detects interruption).
329      *
330      * <p> If the current thread already holds this lock then the hold
331      * count is incremented by one and the method returns {@code true}.
332      *
333      * <p>If the lock is held by another thread then this method will return
334      * immediately with the value {@code false}.
335      *
336      * @return {@code true} if the lock was free and was acquired by the
337      *         current thread, or the lock was already held by the current
338      *         thread; and {@code false} otherwise
339      */
340     public boolean tryLock() {
341         return sync.nonfairTryAcquire(1);
342     }
343
344     /**
345      * Acquires the lock if it is not held by another thread within the given
346      * waiting time and the current thread has not been
347      * {@linkplain Thread#interrupt interrupted}.
348      *
349      * <p>Acquires the lock if it is not held by another thread and returns
350      * immediately with the value {@code true}, setting the lock hold count
351      * to one. If this lock has been set to use a fair ordering policy then
352      * an available lock <em>will not</em> be acquired if any other threads
353      * are waiting for the lock. This is in contrast to the {@link #tryLock()}
354      * method. If you want a timed {@code tryLock} that does permit barging on
355      * a fair lock then combine the timed and un-timed forms together:
356      *
357      * <pre>if (lock.tryLock() || lock.tryLock(timeout, unit) ) { ... }
358      * </pre>
359      *
360      * <p>If the current thread
361      * already holds this lock then the hold count is incremented by one and
362      * the method returns {@code true}.
363      *
364      * <p>If the lock is held by another thread then the
365      * current thread becomes disabled for thread scheduling
366      * purposes and lies dormant until one of three things happens:
367      *
368      * <ul>
369      *
370      * <li>The lock is acquired by the current thread; or
371      *
372      * <li>Some other thread {@linkplain Thread#interrupt interrupts}
373      * the current thread; or
374      *
375      * <li>The specified waiting time elapses
376      *
377      * </ul>
378      *
379      * <p>If the lock is acquired then the value {@code true} is returned and
380      * the lock hold count is set to one.
381      *
382      * <p>If the current thread:
383      *
384      * <ul>
385      *
386      * <li>has its interrupted status set on entry to this method; or
387      *
388      * <li>is {@linkplain Thread#interrupt interrupted} while
389      * acquiring the lock,
390      *
391      * </ul>
392      * then {@link InterruptedException} is thrown and the current thread's
393      * interrupted status is cleared.
394      *
395      * <p>If the specified waiting time elapses then the value {@code false}
396      * is returned.  If the time is less than or equal to zero, the method
397      * will not wait at all.
398      *
399      * <p>In this implementation, as this method is an explicit
400      * interruption point, preference is given to responding to the
401      * interrupt over normal or reentrant acquisition of the lock, and
402      * over reporting the elapse of the waiting time.
403      *
404      * @param timeout the time to wait for the lock
405      * @param unit the time unit of the timeout argument
406      * @return {@code true} if the lock was free and was acquired by the
407      *         current thread, or the lock was already held by the current
408      *         thread; and {@code false} if the waiting time elapsed before
409      *         the lock could be acquired
410      * @throws InterruptedException if the current thread is interrupted
411      * @throws NullPointerException if the time unit is null
412      *
413      */
414     public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
415         return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(timeout));
416     }
417
418     /**
419      * Attempts to release this lock.
420      *
421      * <p>If the current thread is the holder of this lock then the hold
422      * count is decremented.  If the hold count is now zero then the lock
423      * is released.  If the current thread is not the holder of this
424      * lock then {@link IllegalMonitorStateException} is thrown.
425      *
426      * @throws IllegalMonitorStateException if the current thread does not
427      *         hold this lock
428      */
429     public void unlock() {
430         sync.release(1);
431     }
432
433     /**
434      * Returns a {@link Condition} instance for use with this
435      * {@link Lock} instance.
436      *
437      * <p>The returned {@link Condition} instance supports the same
438      * usages as do the {@link Object} monitor methods ({@link
439      * Object#wait() wait}, {@link Object#notify notify}, and {@link
440      * Object#notifyAll notifyAll}) when used with the built-in
441      * monitor lock.
442      *
443      * <ul>
444      *
445      * <li>If this lock is not held when any of the {@link Condition}
446      * {@linkplain Condition#await() waiting} or {@linkplain
447      * Condition#signal signalling} methods are called, then an {@link
448      * IllegalMonitorStateException} is thrown.
449      *
450      * <li>When the condition {@linkplain Condition#await() waiting}
451      * methods are called the lock is released and, before they
452      * return, the lock is reacquired and the lock hold count restored
453      * to what it was when the method was called.
454      *
455      * <li>If a thread is {@linkplain Thread#interrupt interrupted}
456      * while waiting then the wait will terminate, an {@link
457      * InterruptedException} will be thrown, and the thread's
458      * interrupted status will be cleared.
459      *
460      * <li> Waiting threads are signalled in FIFO order.
461      *
462      * <li>The ordering of lock reacquisition for threads returning
463      * from waiting methods is the same as for threads initially
464      * acquiring the lock, which is in the default case not specified,
465      * but for <em>fair</em> locks favors those threads that have been
466      * waiting the longest.
467      *
468      * </ul>
469      *
470      * @return the Condition object
471      */
472     public Condition newCondition() {
473         return sync.newCondition();
474     }
475
476     /**
477      * Queries the number of holds on this lock by the current thread.
478      *
479      * <p>A thread has a hold on a lock for each lock action that is not
480      * matched by an unlock action.
481      *
482      * <p>The hold count information is typically only used for testing and
483      * debugging purposes. For example, if a certain section of code should
484      * not be entered with the lock already held then we can assert that
485      * fact:
486      *
487      * <pre>
488      * class X {
489      *   ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
490      *   // ...
491      *   public void m() {
492      *     assert lock.getHoldCount() == 0;
493      *     lock.lock();
494      *     try {
495      *       // ... method body
496      *     } finally {
497      *       lock.unlock();
498      *     }
499      *   }
500      * }
501      * </pre>
502      *
503      * @return the number of holds on this lock by the current thread,
504      *         or zero if this lock is not held by the current thread
505      */
506     public int getHoldCount() {
507         return sync.getHoldCount();
508     }
509
510     /**
511      * Queries if this lock is held by the current thread.
512      *
513      * <p>Analogous to the {@link Thread#holdsLock} method for built-in
514      * monitor locks, this method is typically used for debugging and
515      * testing. For example, a method that should only be called while
516      * a lock is held can assert that this is the case:
517      *
518      * <pre>
519      * class X {
520      *   ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
521      *   // ...
522      *
523      *   public void m() {
524      *       assert lock.isHeldByCurrentThread();
525      *       // ... method body
526      *   }
527      * }
528      * </pre>
529      *
530      * <p>It can also be used to ensure that a reentrant lock is used
531      * in a non-reentrant manner, for example:
532      *
533      * <pre>
534      * class X {
535      *   ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
536      *   // ...
537      *
538      *   public void m() {
539      *       assert !lock.isHeldByCurrentThread();
540      *       lock.lock();
541      *       try {
542      *           // ... method body
543      *       } finally {
544      *           lock.unlock();
545      *       }
546      *   }
547      * }
548      * </pre>
549      *
550      * @return {@code true} if current thread holds this lock and
551      *         {@code false} otherwise
552      */
553     public boolean isHeldByCurrentThread() {
554         return sync.isHeldExclusively();
555     }
556
557     /**
558      * Queries if this lock is held by any thread. This method is
559      * designed for use in monitoring of the system state,
560      * not for synchronization control.
561      *
562      * @return {@code true} if any thread holds this lock and
563      *         {@code false} otherwise
564      */
565     public boolean isLocked() {
566         return sync.isLocked();
567     }
568
569     /**
570      * Returns {@code true} if this lock has fairness set true.
571      *
572      * @return {@code true} if this lock has fairness set true
573      */
574     public final boolean isFair() {
575         return sync instanceof FairSync;
576     }
577
578     /**
579      * Returns the thread that currently owns this lock, or
580      * {@code null} if not owned. When this method is called by a
581      * thread that is not the owner, the return value reflects a
582      * best-effort approximation of current lock status. For example,
583      * the owner may be momentarily {@code null} even if there are
584      * threads trying to acquire the lock but have not yet done so.
585      * This method is designed to facilitate construction of
586      * subclasses that provide more extensive lock monitoring
587      * facilities.
588      *
589      * @return the owner, or {@code null} if not owned
590      */
591     protected Thread getOwner() {
592         return sync.getOwner();
593     }
594
595     /**
596      * Queries whether any threads are waiting to acquire this lock. Note that
597      * because cancellations may occur at any time, a {@code true}
598      * return does not guarantee that any other thread will ever
599      * acquire this lock.  This method is designed primarily for use in
600      * monitoring of the system state.
601      *
602      * @return {@code true} if there may be other threads waiting to
603      *         acquire the lock
604      */
605     public final boolean hasQueuedThreads() {
606         return sync.hasQueuedThreads();
607     }
608
609
610     /**
611      * Queries whether the given thread is waiting to acquire this
612      * lock. Note that because cancellations may occur at any time, a
613      * {@code true} return does not guarantee that this thread
614      * will ever acquire this lock.  This method is designed primarily for use
615      * in monitoring of the system state.
616      *
617      * @param thread the thread
618      * @return {@code true} if the given thread is queued waiting for this lock
619      * @throws NullPointerException if the thread is null
620      */
621     public final boolean hasQueuedThread(Thread thread) {
622         return sync.isQueued(thread);
623     }
624
625
626     /**
627      * Returns an estimate of the number of threads waiting to
628      * acquire this lock.  The value is only an estimate because the number of
629      * threads may change dynamically while this method traverses
630      * internal data structures.  This method is designed for use in
631      * monitoring of the system state, not for synchronization
632      * control.
633      *
634      * @return the estimated number of threads waiting for this lock
635      */
636     public final int getQueueLength() {
637         return sync.getQueueLength();
638     }
639
640     /**
641      * Returns a collection containing threads that may be waiting to
642      * acquire this lock.  Because the actual set of threads may change
643      * dynamically while constructing this result, the returned
644      * collection is only a best-effort estimate.  The elements of the
645      * returned collection are in no particular order.  This method is
646      * designed to facilitate construction of subclasses that provide
647      * more extensive monitoring facilities.
648      *
649      * @return the collection of threads
650      */
651     protected Collection<Thread> getQueuedThreads() {
652         return sync.getQueuedThreads();
653     }
654
655     /**
656      * Queries whether any threads are waiting on the given condition
657      * associated with this lock. Note that because timeouts and
658      * interrupts may occur at any time, a {@code true} return does
659      * not guarantee that a future {@code signal} will awaken any
660      * threads.  This method is designed primarily for use in
661      * monitoring of the system state.
662      *
663      * @param condition the condition
664      * @return {@code true} if there are any waiting threads
665      * @throws IllegalMonitorStateException if this lock is not held
666      * @throws IllegalArgumentException if the given condition is
667      *         not associated with this lock
668      * @throws NullPointerException if the condition is null
669      */
670     public boolean hasWaiters(Condition condition) {
671         if (condition == null)
672             throw new NullPointerException();
673         if (!(condition instanceof AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject))
674             throw new IllegalArgumentException("not owner");
675         return sync.hasWaiters((AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)condition);
676     }
677
678     /**
679      * Returns an estimate of the number of threads waiting on the
680      * given condition associated with this lock. Note that because
681      * timeouts and interrupts may occur at any time, the estimate
682      * serves only as an upper bound on the actual number of waiters.
683      * This method is designed for use in monitoring of the system
684      * state, not for synchronization control.
685      *
686      * @param condition the condition
687      * @return the estimated number of waiting threads
688      * @throws IllegalMonitorStateException if this lock is not held
689      * @throws IllegalArgumentException if the given condition is
690      *         not associated with this lock
691      * @throws NullPointerException if the condition is null
692      */
693     public int getWaitQueueLength(Condition condition) {
694         if (condition == null)
695             throw new NullPointerException();
696         if (!(condition instanceof AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject))
697             throw new IllegalArgumentException("not owner");
698         return sync.getWaitQueueLength((AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)condition);
699     }
700
701     /**
702      * Returns a collection containing those threads that may be
703      * waiting on the given condition associated with this lock.
704      * Because the actual set of threads may change dynamically while
705      * constructing this result, the returned collection is only a
706      * best-effort estimate. The elements of the returned collection
707      * are in no particular order.  This method is designed to
708      * facilitate construction of subclasses that provide more
709      * extensive condition monitoring facilities.
710      *
711      * @param condition the condition
712      * @return the collection of threads
713      * @throws IllegalMonitorStateException if this lock is not held
714      * @throws IllegalArgumentException if the given condition is
715      *         not associated with this lock
716      * @throws NullPointerException if the condition is null
717      */
718     protected Collection<Thread> getWaitingThreads(Condition condition) {
719         if (condition == null)
720             throw new NullPointerException();
721         if (!(condition instanceof AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject))
722             throw new IllegalArgumentException("not owner");
723         return sync.getWaitingThreads((AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)condition);
724     }
725
726     /**
727      * Returns a string identifying this lock, as well as its lock state.
728      * The state, in brackets, includes either the String {@code "Unlocked"}
729      * or the String {@code "Locked by"} followed by the
730      * {@linkplain Thread#getName name} of the owning thread.
731      *
732      * @return a string identifying this lock, as well as its lock state
733      */
734     public String toString() {
735         Thread o = sync.getOwner();
736         return super.toString() + ((o == null) ?
737                                    "[Unlocked]" :
738                                    "[Locked by thread " + o.getName() + "]");
739     }
740 }