java の再入可能ロックがどのように実装されているか教えてください。

JavaのReentrantLockは、スレッドによるリソースのロックの再取得と解除をサポートする再入可能な排他ロックです。その実装原理は、以下に分類できます。

  1. ロックの取得と解放:スレッドがロックの取得をリクエストしたとき、ロックが利用可能(ほかのスレッドに保持されていない)場合は、そのスレッドはロックを即座に取得し、ロックの保持カウントを 1 に設定する。ロックが現在、カレントスレッドによって保持されている場合は、そのスレッドは保持カウントを増やすだけである。スレッドがロックを解放すると、保持カウントを 1 減らし、保持カウントが 0 になるまでロックを解放しない。
  2. 公平性:再入ロックは、フェアロックと非フェアロックの2つのロック取得方式をサポートします。フェアロックモードでは、複数のスレッドがロックを待っている場合、ロックはロック取得順に割り当てられます。非フェアロックモードでは、スレッドがロックを解放すると、ロックの取得は順序に依存しなくなります。
  3. 条件変数:再入ロックは条件変数の機能(Condition)を提供し、スレッド間の待ち通知メカニズムを実現します。1つの再入ロックは複数の条件変数を関連付けることができ、スレッドは条件変数のawait()メソッドで特定の条件が満たされるのを待ち、他のスレッドは条件変数のsignal()メソッドまたはsignalAll()メソッドで待機中のスレッドを呼び出すことができます。
  4. ロックのメモリセマンティクス: 再入可能ロックは、Javaのロック(synchronized)と同じメモリセマンティクスを使用します。つまり、ロックの解放と取得操作の間にはメモリバリアが挿入され、複数のスレッド間での可視性と順序が保証されます。

再入ロックの実装原理は、Javaの組み込みロックとスレッドのウェイト/ノティファイメカニズムに基づいており、カウンターを使用してロックの保持状態を判断しています。再入ロックは、ロックとアンロック操作を繰り返しサポートすることで、リソースへのアクセスと解放をより柔軟に制御し、並列パフォーマンスを向上させます。

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