Reentrantlock详解

Reentrantlock

一、ReentrantLock与synchronized的比较#

相似点
它们都是加锁方式同步，而且都是阻塞式的同步，也就是说当如果一个线程获得了对象锁，进入了同步块，其他访问该同步块的线程都必须阻塞在同步块外面等待，等到释放掉锁或者唤醒后才能继续获得锁。

区别
对于Synchronized来说，它是java语言的关键字，是原生语法层面的互斥，需要jvm实现。而ReentrantLock它是JDK 1.5之后提供的API层面的互斥锁，需要lock()和unlock()方法配合try/finally语句块来完成

便利性

Synchronized的使用比较方便简洁，并且由编译器去保证锁的加锁和释放，而ReenTrantLock需要手工声明来加锁和释放锁，为了避免忘记手工释放锁造成死锁，所以最好在finally中声明释放锁。

锁的细粒度和灵活度：ReenTrantLock优于Synchronized

① 底层实现上来说，synchronized 是JVM层面的锁，是Java关键字，通过monitor对象来完成（monitorenter与monitorexit），对象只有在同步块或同步方法中才能调用wait/notify方法，ReentrantLock 是从jdk1.5以来（java.util.concurrent.locks.Lock）提供的API层面的锁。

synchronized 的实现涉及到锁的升级，具体为无锁、偏向锁、自旋锁、向OS申请重量级锁，ReentrantLock实现则是通过利用CAS（CompareAndSwap）自旋机制保证线程操作的原子性和volatile保证数据可见性以实现锁的功能。

② 是否可手动释放：

synchronized 不需要用户去手动释放锁，synchronized 代码执行完后系统会自动让线程释放对锁的占用； ReentrantLock则需要用户去手动释放锁，如果没有手动释放锁，就可能导致死锁现象。一般通过lock()和unlock()方法配合try/finally语句块来完成，使用释放更加灵活。

③ 是否可中断

synchronized是不可中断类型的锁，除非加锁的代码中出现异常或正常执行完成； ReentrantLock则可以中断，可通过trylock(long timeout,TimeUnit unit)设置超时方法或者将lockInterruptibly()放到代码块中，调用interrupt方法进行中断。

④ 是否公平锁

synchronized为非公平锁 ReentrantLock则即可以选公平锁也可以选非公平锁，通过构造方法new ReentrantLock时传入boolean值进行选择，为空默认false非公平锁，true为公平锁。

⑤ 锁是否可绑定条件Condition

synchronized不能绑定； ReentrantLock通过绑定Condition结合await()/singal()方法实现线程的精确唤醒，而不是像synchronized通过Object类的wait()/notify()/notifyAll()方法要么随机唤醒一个线程要么唤醒全部线程。

二、ReentrantLock和AQS的关系#

首先来看看，如果用java并发包下的ReentrantLock来加锁和释放锁，是个什么样的感觉？

这个学过java的同学应该都会吧，毕竟是java并发基本API的使用，我们直接看一下代码：

上面那段代码应该不难理解，无非就是搞一个Lock对象，然后加锁和释放锁。

你这时可能会问，这个跟AQS有啥关系？

关系大了去了！因为java并发包下很多API都是基于AQS来实现的加锁和释放锁等功能的，AQS是java并发包的基础类。

举个例子，比如说ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock底层都是基于AQS来实现的。

那么AQS的全称是什么呢？

AbstractQueuedSynchronizer，抽象队列同步器

给大家画一个图，看一下ReentrantLock和AQS之间的关系。

我们看上图，说白了，ReentrantLock内部包含了一个AQS对象，也就是AbstractQueuedSynchronizer类型的对象。

这个AQS对象就是ReentrantLock可以实现加锁和释放锁的关键性的核心组件。

三、ReentrantLock加锁和释放锁的底层原理

好了，现在如果有一个线程过来尝试用ReentrantLock的lock()方法进行加锁，会发生什么事情？

很简单，这个AQS对象内部有一个核心的变量叫做state，是int类型的，代表了加锁的状态。

初始状态下，这个state的值是0。

另外，这个AQS内部还有一个关键变量，用来记录当前加锁的是哪个线程，初始化状态下，这个变量是null。

接着线程跑过来调用ReentrantLock的lock()方法尝试进行加锁，这个加锁的过程，直接就是用CAS操作将state值从0变为1。

（关于CAS，之前专门有文章做过详细阐述，大家可以自行阅读了解）

如果之前没人加过锁，那么state的值肯定是0，此时线程1就可以加锁成功。

一旦线程1加锁成功了之后，就可以设置当前加锁线程是自己。所以大家看下面的图，就是线程1跑过来加锁的一个过程。

其实看到这儿，大家应该对所谓的AQS有感觉了。说白了，就是并发包里的一个核心组件，里面有state变量、加锁线程变量等核心的东西，维护了加锁状态。

你会发现，ReentrantLock这种东西只是一个外层的API，内核中的锁机制实现都是依赖AQS组件的。

这个ReentrantLock之所以用Reentrant打头，意思就是他是一个可重入锁。

可重入锁的意思，就是你可以对一个ReentrantLock对象多次执行lock()加锁和unlock()释放锁，也就是可以对一个锁加多次，叫做可重入加锁。

大家看明白了那个state变量之后，就知道了如何进行可重入加锁！

其实每次线程1可重入加锁一次，会判断一下当前加锁线程就是自己，那么他自己就可以可重入多次加锁，每次加锁就是把state的值给累加1，别的没啥变化。

接着，如果线程1加锁了之后，线程2跑过来加锁会怎么样呢？

我们来看看锁的互斥是如何实现的？

线程2跑过来一下看到，哎呀！state的值不是0啊？所以CAS操作将state从0变为1的过程会失败，因为state的值当前为1，说明已经有人加锁了！

接着线程2会看一下，是不是自己之前加的锁啊？当然不是了，“加锁线程”这个变量明确记录了是线程1占用了这个锁，所以线程2此时就是加锁失败。

给大家来一张图，一起来感受一下这个过程：

接着，线程2会将自己放入AQS中的一个等待队列，因为自己尝试加锁失败了，此时就要将自己放入队列中来等待，等待线程1释放锁之后，自己就可以重新尝试加锁了

所以大家可以看到，AQS是如此的核心！AQS内部还有一个等待队列，专门放那些加锁失败的线程！

同样，给大家来一张图，一起感受一下：

接着，线程1在执行完自己的业务逻辑代码之后，就会释放锁！他释放锁的过程非常的简单，就是将AQS内的state变量的值递减1，如果state值为0，则彻底释放锁，会将“加锁线程”变量也设置为null！

整个过程，参见下图：

接下来，会从等待队列的队头唤醒线程2重新尝试加锁。

好！线程2现在就重新尝试加锁，这时还是用CAS操作将state从0变为1，此时就会成功，成功之后代表加锁成功，就会将state设置为1。

此外，还要把“加锁线程”设置为线程2自己，同时线程2自己就从等待队列中出队了。

最后再来一张图，大家来看看这个过程。

四、总结

OK，本文到这里为止，基本借着ReentrantLock的加锁和释放锁的过程，给大家讲清楚了其底层依赖的AQS的核心原理。

基本上大家把这篇文章看懂，以后再也不会担心面试的时候被问到：谈谈你对AQS的理解这种问题了。

其实一句话总结：AQS就是一个并发包的基础组件，用来实现各种锁，各种同步组件的。

它包含了state变量、加锁线程、等待队列等并发中的核心组件