可重入锁ReentrantLock的底层是通过AbstractQueuedSynchronizer实现，所以先要学习上一章节AbstractQueuedSynchronizer详解。@anarkh
带着BAT大厂的面试问题去理解
提示
请带着这些问题继续后文，会很大程度上帮助你更好的理解相关知识点。@anarkh
- 什么是可重入，什么是可重入锁? 它用来解决什么问题?
- ReentrantLock的核心是AQS，那么它怎么来实现的，继承吗? 说说其类内部结构关系。
- ReentrantLock是如何实现公平锁的?
- ReentrantLock是如何实现非公平锁的?
- ReentrantLock默认实现的是公平还是非公平锁?
- 使用ReentrantLock实现公平和非公平锁的示例?
- ReentrantLock和Synchronized的对比?
ReentrantLock源码分析
类的继承关系
ReentrantLock实现了Lock接口，Lock接口中定义了lock与unlock相关操作，并且还存在newCondition方法，表示生成一个条件。
public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable类的内部类
ReentrantLock总共有三个内部类，并且三个内部类是紧密相关的，下面先看三个类的关系。
说明: ReentrantLock类内部总共存在Sync、NonfairSync、FairSync三个类，NonfairSync与FairSync类继承自Sync类，Sync类继承自AbstractQueuedSynchronizer抽象类。下面逐个进行分析。
- Sync类
Sync类的源码如下:
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;
abstract void lock();
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
protected final boolean tryRelease(int releases) {
int c = getState() - releases;
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
setState(c);
return free;
}
protected final boolean isHeldExclusively() {
return getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
}
final ConditionObject newCondition() {
return new ConditionObject();
}
final Thread getOwner() {
return getState() == 0 ? null : getExclusiveOwnerThread();
}
final int getHoldCount() {
return isHeldExclusively() ? getState() : 0;
}
final boolean isLocked() {
return getState() != 0;
}
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
s.defaultReadObject();
setState(0);
}
}Sync类存在如下方法和作用如下。
- NonfairSync类
NonfairSync类继承了Sync类，表示采用非公平策略获取锁，其实现了Sync类中抽象的lock方法，源码如下:
static final class NonfairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
}说明: 从lock方法的源码可知，每一次都尝试获取锁，而并不会按照公平等待的原则进行等待，让等待时间最久的线程获得锁。
- FairSyn类
FairSync类也继承了Sync类，表示采用公平策略获取锁，其实现了Sync类中的抽象lock方法，源码如下:
static final class FairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;
final void lock() {
acquire(1);
}
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
}说明: 跟踪lock方法的源码可知，当资源空闲时，它总是会先判断sync队列(AbstractQueuedSynchronizer中的数据结构)是否有等待时间更长的线程，如果存在，则将该线程加入到等待队列的尾部，实现了公平获取原则。其中，FairSync类的lock的方法调用如下，只给出了主要的方法。
说明: 可以看出只要资源被其他线程占用，该线程就会添加到sync queue中的尾部，而不会先尝试获取资源。这也是和Nonfair最大的区别，Nonfair每一次都会尝试去获取资源，如果此时该资源恰好被释放，则会被当前线程获取，这就造成了不公平的现象，当获取不成功，再加入队列尾部。
类的属性
ReentrantLock类的sync非常重要，对ReentrantLock类的操作大部分都直接转化为对Sync和AbstractQueuedSynchronizer类的操作。
public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 7373984872572414699L;
private final Sync sync;
}类的构造函数
- ReentrantLock()型构造函数
默认是采用的非公平策略获取锁
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}- ReentrantLock(boolean)型构造函数
可以传递参数确定采用公平策略或者是非公平策略，参数为true表示公平策略，否则，采用非公平策略:
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}核心函数分析
通过分析ReentrantLock的源码，可知对其操作都转化为对Sync对象的操作，由于Sync继承了AQS，所以基本上都可以转化为对AQS的操作。如将ReentrantLock的lock函数转化为对Sync的lock函数的调用，而具体会根据采用的策略(如公平策略或者非公平策略)的不同而调用到Sync的不同子类。
所以可知，在ReentrantLock的背后，是AQS对其服务提供了支持，由于之前我们分析AQS的核心源码，遂不再累赘。下面还是通过例子来更进一步分析源码。
示例分析
公平锁
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
class MyThread extends Thread {
private Lock lock;
public MyThread(String name, Lock lock) {
super(name);
this.lock = lock;
}
public void run () {
lock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread() + " running");
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
public class AbstractQueuedSynchronizerDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Lock lock = new ReentrantLock(true);
MyThread t1 = new MyThread("t1", lock);
MyThread t2 = new MyThread("t2", lock);
MyThread t3 = new MyThread("t3", lock);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}运行结果(某一次):
Thread[t1,5,main] running
Thread[t2,5,main] running
Thread[t3,5,main] running说明: 该示例使用的是公平策略，由结果可知，可能会存在如下一种时序。
说明: 首先，t1线程的lock操作 -> t2线程的lock操作 -> t3线程的lock操作 -> t1线程的unlock操作 -> t2线程的unlock操作 -> t3线程的unlock操作。根据这个时序图来进一步分析源码的工作流程。
- t1线程执行lock.lock，下图给出了方法调用中的主要方法。
说明: 由调用流程可知，t1线程成功获取了资源，可以继续执行。
- t2线程执行lock.lock，下图给出了方法调用中的主要方法。
说明: 由上图可知，最后的结果是t2线程会被禁止，因为调用了LockSupport.park。
- t3线程执行lock.lock，下图给出了方法调用中的主要方法。
说明: 由上图可知，最后的结果是t3线程会被禁止，因为调用了LockSupport.park。
- t1线程调用了lock.unlock，下图给出了方法调用中的主要方法。
说明: 如上图所示，最后，head的状态会变为0，t2线程会被unpark，即t2线程可以继续运行。此时t3线程还是被禁止。
- t2获得cpu资源，继续运行，由于t2之前被park了，现在需要恢复之前的状态，下图给出了方法调用中的主要方法。
说明: 在setHead函数中会将head设置为之前head的下一个结点，并且将pre域与thread域都设置为null，在acquireQueued返回之前，sync queue就只有两个结点了。
- t2执行lock.unlock，下图给出了方法调用中的主要方法。
说明: 由上图可知，最终unpark t3线程，让t3线程可以继续运行。
- t3线程获取cpu资源，恢复之前的状态，继续运行。
说明: 最终达到的状态是sync queue中只剩下了一个结点，并且该节点除了状态为0外，其余均为null。
- t3执行lock.unlock，下图给出了方法调用中的主要方法。
说明: 最后的状态和之前的状态是一样的，队列中有一个空节点，头节点为尾节点均指向它。
使用公平策略和Condition的情况可以参考上一篇关于AQS的源码示例分析部分，不再累赘。