Java并发（九）：重入锁 ReentrantLock
先做总结：
1、为什么要用ReentrantLock？
（1）ReentrantLock与synchronized具有相同的功能和内存语义；
（2）synchronized是重量级锁，性能不好。ReentrantLock性能好；
（3）ReentrantLock可操作性强，如：实现条件Condition，读写锁，可轮询，使用更灵活。
2、ReentrantLock实现原理
（1）ReentrantLock的属性sync是一个Sync（继承了AQS）对象
（2）获取锁的标志：
sync.state>0(0代表没有被占用，大于0代表有线程持有当前锁(锁可以重入，每次重入都+1))
sync.exclusiveOwnerThread == Thread.currentThread()
（3）Sync重写了tryAcquire()方法（获取锁）和tryRelease()方法（释放锁），其实就是对sync.state和sync.exclusiveOwnerThread的操作。
（4）获取不到锁的线程加入sync的同步队列，上一篇说过 Java并发（八）：AbstractQueuedSynchronizer
3、公平锁与非公平锁
ReentrantLock只能时公平锁和非公平锁中的一个
public ReentrantLock(boolean fair) { sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync(); }
不同：
（1）非公平锁在调用 lock 后，首先就会调用 CAS 进行一次抢锁，如果这个时候恰巧锁没有被占用，那么直接就获取到锁。
（2）非公平锁在 CAS 失败后，和公平锁一样都会进入到 tryAcquire 方法。在 tryAcquire 方法中，如果发现锁这个时候被释放了（state == 0），非公平锁会直接 CAS 抢锁（即使同步队列中有线程等待），而公平锁会判断等待队列是否有线程处于等待状态，如果有则不去抢锁，乖乖排到后面。
公平锁和非公平锁就这两点区别，如果这两次 CAS 都不成功，那么后面非公平锁和公平锁是一样的，都要进入到阻塞队列等待唤醒。
因此，非公平锁会有更好的性能，因为它的吞吐量比较大。当然，非公平锁让获取锁的时间变得更加不确定，可能会导致在阻塞队列中的线程长期处于饥饿状态。
两个不同的源码：
/** * 不同一： * 非公平锁在调用 lock 后，首先就会调用 CAS 进行一次抢锁，如果这个时候恰巧锁没有被占用，那么直接就获取到锁。 */ // NonfairSync final void lock() { if (compareAndSetState(0, 1)) // 不同一：NonfairSync会CAS尝试获取锁 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); // 如果拿到锁就设置当前线程 else acquire(1); } // FairSync(FairSync不会先尝试拿锁) final void lock() { acquire(1); } /** * 不同二： * 如果发现锁这个时候被释放了（state == 0）， * 非公平锁会直接 CAS 抢锁（即使同步队列中有线程等待），而公平锁会判断等待队列是否有线程处于等待状态，如果有则不去抢锁，乖乖排到后面。 */ // NonfairSync final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { // 锁没有被占用，直接获取(不管同步队列中有没有等待线程) if (compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {// 重入 int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) // overflow throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false; } // FairSync protected final boolean tryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { // 即使锁没有被占用，也要排在同步队列中等待的线程之后 if (!hasQueuedPredecessors() && // CLH队列为空或者队列头结点是当前线程节点 才能获得锁 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; }
一、ReentrantLock类结构
public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable { private final Sync sync; // 锁 大部分功能都是委托给Sync来实现的 abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {} static final class FairSync extends Sync {} static final class NonfairSync extends Sync {} }
二、以NonfairSync为例解析重入锁
获取锁标志：
（NonfairSync extends Sync extends AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer）
1.AbstractQueuedSynchronizer.state>0(0代表没有被占用，大于0代表有线程持有当前锁(锁可以重入，每次重入都+1))
2.AbstractOwnableSynchronizer.exclusiveOwnerThread == Thread.currentThread()
获取锁：
public static void main(String[] args) { ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// 默认是非公平锁 lock.lock(); } // ReentrantLock public void lock() { sync.lock(); } // NonfairSync final void lock() { if (compareAndSetState(0, 1)) // 尝试获取锁 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); // 如果拿到锁就设置当前线程 else acquire(1); } // AbstractQueuedSynchronizer public final void acquire(int arg) { if (!tryAcquire(arg) && // 尝试获取锁 acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) // 没有获取到锁，将线程加入同步队列(参考上一篇AbstractQueuedSynchronizer) selfInterrupt(); } // NonfairSync protected final boolean tryAcquire(int acquires) { return nonfairTryAcquire(acquires); } /** * 获取锁标志: * (NonfairSync extends Sync extends AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer) * 1.AbstractQueuedSynchronizer.state>0(0代表没有被占用，大于0代表有线程持有当前锁(锁可以重入，每次重入都+1)) * 2.AbstractOwnableSynchronizer.exclusiveOwnerThread == Thread.currentThread() * Sync(NonfairSync没有重写nonfairTryAcquire) */ final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { // 所没有被占用，直接获取 if (compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {// 重入 int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) // overflow throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; } return false; }
释放锁：
// ReentrantLock public void unlock() { sync.release(1); } // AbstractQueuedSynchronizer public final boolean release(int arg) { if (tryRelease(arg)) { Node h = head; if (h != null && h.waitStatus != 0) unparkSuccessor(h); // 唤醒队列下一个节点线程 参考上一篇：AbstractQueuedSynchronizer return true; } return false; } // Sync protected final boolean tryRelease(int releases) { int c = getState() - releases; if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) throw new IllegalMonitorStateException(); boolean free = false; // 重入锁，直到state==0才算释放 if (c == 0) { free = true; setExclusiveOwnerThread(null); } setState(c); return free; }
三、公平锁与非公平锁
// FairSync(NonfairSync会先尝试拿锁，FairSync不会) final void lock() { acquire(1); } // FairSync protected final boolean tryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { if (!hasQueuedPredecessors() && // CLH队列为空或者队列头结点是当前线程节点 才能获得锁 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; } /** * AbstractQueuedSynchronizer * true - CLH队列为空或者队列头结点是当前线程节点 */ public final boolean hasQueuedPredecessors() { Node t = tail; Node h = head; Node s; return h != t && ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread()); }
以上代码可以看出，公平锁和非公平锁只有两处不同：
（1）非公平锁在调用 lock 后，首先就会调用 CAS 进行一次抢锁，如果这个时候恰巧锁没有被占用，那么直接就获取到锁。
（2）非公平锁在 CAS 失败后，和公平锁一样都会进入到 tryAcquire 方法。在 tryAcquire 方法中，如果发现锁这个时候被释放了（state == 0），非公平锁会直接 CAS 抢锁，而公平锁会判断等待队列是否有线程处于等待状态，如果有则不去抢锁，乖乖排到后面。
公平锁和非公平锁就这两点区别，如果这两次 CAS 都不成功，那么后面非公平锁和公平锁是一样的，都要进入到阻塞队列等待唤醒。
因此，非公平锁会有更好的性能，因为它的吞吐量比较大。当然，非公平锁让获取锁的时间变得更加不确定，可能会导致在阻塞队列中的线程长期处于饥饿状态。
四、ReentrantLock优势
ReentrantLock与synchronized具有相同的功能和内存语义。
1、与synchronized相比，ReentrantLock提供了更多，更加全面的功能，具备更强的扩展性。例如：时间锁等候，可中断锁等候，锁投票。
2、ReentrantLock还提供了条件Condition，对线程的等待、唤醒操作更加详细和灵活，所以在多个条件变量和高度竞争锁的地方，ReentrantLock更加适合。
3、ReentrantLock提供了可轮询的锁请求。它会尝试着去获取锁，如果成功则继续，否则可以等到下次运行时处理，而synchronized则一旦进入锁请求要么成功要么阻塞，所以相比synchronized而言，ReentrantLock会不容易产生死锁些。
4、ReentrantLock支持更加灵活的同步代码块，但是使用synchronized时，只能在同一个synchronized块结构中获取和释放。注：ReentrantLock的锁释放一定要在finally中处理，否则可能会产生严重的后果。
5、ReentrantLock支持中断处理，且性能较synchronized会好些。
参考资料 / 相关推荐
【死磕Java并发】—–J.U.C之重入锁：ReentrantLock
