ReentrantLock和Synchronized都是Java開發中最常用的鎖，與Synchronized這種JVM內置鎖不同的是，ReentrantLock提供了更豐富的語義。可以創建公平鎖或非公平鎖、響應中斷、超時等待、按條件喚醒等。在某些場景下，使用ReentrantLock更適合，功能更強... ...
ReentrantLock和Synchronized都是Java開發中最常用的鎖，與Synchronized這種JVM內置鎖不同的是，ReentrantLock提供了更豐富的語義。可以創建公平鎖或非公平鎖、響應中斷、超時等待、按條件喚醒等。在某些場景下，使用ReentrantLock更適合，功能更強大。
前兩篇文章，我們分析了AQS的加鎖流程、以及源碼實現。當時我們就說了，AQS使用了模板設計模式，父類中定義加鎖流程，子類去實現具體的加鎖邏輯。所以大部分加鎖代碼已經在父類AQS中實現了，導致ReentrantLock的源碼非常簡單，一塊學習一下。
先看一下ReentrantLock怎麼使用？
1. ReentrantLock的使用
/**
* @author 一燈架構
* @apiNote ReentrantLock示例
**/
public class ReentrantLockDemo {
public static void main(String[] args) {
// 1. 創建ReentrantLock對象
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 2. 加鎖
lock.lock();
try {
// 3. 這裡執行具體的業務邏輯
} finally {
// 4. 釋放鎖
lock.unlock();
}
}
}
可以看到ReentrantLock的使用非常簡單，調用lock加鎖，unlock釋放鎖，需要配置try/finally使用，保證在代碼執行出錯的時候也能釋放鎖。
ReentrantLock也可以配合Condition條件使用，具體可以翻一下前幾篇文章中BlockingQueue的源碼解析，那裡面有ReentrantLock的實際使用。
再看一下ReentrantLock的類結構
2. ReentrantLock類結構
// 實現Lock介面
public class ReentrantLock implements Lock {
// 只有一個Sync同步變數
private final Sync sync;
// Sync繼承自AQS，主要邏輯都在這裡面
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
}
// Sync的兩個子類，分別實現了公平鎖和非公平鎖
static final class FairSync extends Sync {
}
static final class NonfairSync extends Sync {
}
}
可以看出ReentrantLock的類結構非常簡單，實現了Lock介面。
類裡面有兩個靜態內部類，分別實現公平鎖和非公平鎖。
看一下Lock介面中，定義了哪些方法？
public interface Lock {
// 加鎖
void lock();
// 加可中斷的鎖
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
// 嘗試加鎖
boolean tryLock();
// 一段時間內，嘗試加鎖
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
// 釋放鎖
void unlock();
// 新建條件狀態
Condition newCondition();
}
就是一些使用鎖的常用方法。
在上篇文章中瀏覽AQS源碼的時候，瞭解到AQS定義了一些有關具體加鎖、釋放鎖的抽象方法，留給子類去實現，再看一下有哪些抽象方法：
// 加獨占鎖
protected boolean tryAcquire(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
// 釋放獨占鎖
protected boolean tryRelease(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
// 加共用鎖
protected int tryAcquireShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
// 釋放共用鎖
protected boolean tryReleaseShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
// 判斷是否是當前線程正在持有鎖
protected boolean isHeldExclusively() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
由於ReentrantLock使用的是獨占鎖，所以只需要實現獨占鎖相關的方法就可以了。
3. ReentrantLock源碼解析
3.1 ReentrantLock構造方法
// 預設的構造方法，使用非公平鎖
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
// 傳true，可以指定使用公平鎖
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
在創建ReentrantLock對象的時候，可以指定使用公平鎖還是非公平鎖，預設使用非公平鎖，顯然非公平鎖的性能更好。
先思考一個面試常考問題，公平鎖和非公平鎖是怎麼實現的？
3.2 非公平鎖源碼
先看一下加鎖源碼：
從父類ReentrantLock的加鎖方法入口：
public class ReentrantLock implements Lock {
// 加鎖入口方法
public void lock() {
// 調用Sync中加鎖方法
sync.lock();
}
}
在子類NonfairSync的加鎖方法：
// 非公平鎖
static final class NonfairSync extends Sync {
// 加鎖
final void lock() {
// 1. 先嘗試加鎖（使用CAS設置state=1）
if (compareAndSetState(0, 1))
// 2. 加鎖成功，就把當前線程設置為持有鎖線程
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
// 3. 沒加鎖成功，再調用父類AQS中實際的加鎖邏輯
acquire(1);
}
}
加鎖邏輯也很簡單，先嘗試使用CAS加鎖（也就是把state從0設置成1），加鎖成功，就把當前線程設置為持有鎖線程。
設計者很聰明，在鎖競爭不激烈的情況下，很大概率可以加鎖成功，也就不用走else中複雜的加鎖邏輯了。
如果沒有加鎖成功，還是需要走else中調用父類AQS的acquire方法，而acquire又需要調用子類的tryAcquire方法。
調用鏈路就是下麵這樣：
根據調用鏈路，實際的加鎖邏輯在Sync.nonfairTryAcquire方法裡面。
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
// 非公平鎖的最終加鎖方法
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
// 1. 獲取同步狀態
int c = getState();
// 2. state=0表示無鎖，先嘗試加鎖（使用CAS設置state=1）
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
// 3. 加鎖成功，就把當前線程設置為持有鎖線程
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
// 4. 如果當前線程已經持有鎖，執行可重入的邏輯
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 5. 加鎖次數+acquires
int nextc = c + acquires;
// 6. 超過tnt類型最大值，溢出了
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
}
再看一下釋放鎖的調用流程，公平鎖和非公平鎖流程是一樣的，最終都是執行Sync.tryRelease方法：
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
// 釋放鎖
protected final boolean tryRelease(int releases) {
// 1. 同步狀態減去釋放鎖次數
int c = getState() - releases;
// 2. 校驗當前線程不持有鎖，就報錯
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
// 3. 判斷同步狀態是否等於0，無鎖後，就刪除持有鎖的線程
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
setState(c);
return free;
}
}
再看一下公平鎖的源碼
3.3 公平鎖源碼
先看一下公平鎖的加鎖流程：
最終的加鎖方法是FairSync.tryAcquire，看一下具體邏輯：
static final class FairSync extends Sync {
// 實現父類的加鎖邏輯
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
// 1. 獲取同步狀態
int c = getState();
// 2. state=0表示無鎖，先嘗試加鎖（使用CAS設置state=1）
if (c == 0) {
// 3. 判斷當前線程是不是頭節點的下一個節點（講究先來後到）
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
// 4. 如果當前線程已經持有鎖，執行可重入的邏輯
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 5. 加鎖次數+acquires
int nextc = c + acquires;
// 6. 超過tnt類型最大值，溢出了
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
// 判斷當前線程是不是頭節點的下一個節點（講究先來後到）
public final boolean hasQueuedPredecessors() {
Node t = tail;
Node h = head;
Node s;
return h != t &&
((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}
}
公平鎖的釋放鎖邏輯跟非公平鎖一樣，上面已經講過。
4. 總結
看完了ReentrantLock的所有源碼，是不是覺得ReentrantLock很簡單。
由於加鎖流程的編排工作已經在父類AQS中實現，子類只需要實現具體的加鎖邏輯即可。
加鎖邏輯也很簡單，也就是修改同步狀態state的值和持有鎖的線程exclusiveOwnerThread。
我是「一燈架構」，如果本文對你有幫助，歡迎各位小伙伴點贊、評論和關註，感謝各位老鐵，我們下期見
