详解java并发之重入锁-ReentrantLock

前言

目前主流的锁有两种，一种是synchronized，另一种就是ReentrantLock，JDK优化到现在目前为止synchronized的性能已经和重入锁不分伯仲了，但是重入锁的功能和灵活性要比这个关键字多的多，所以重入锁是可以完全替代synchronized关键字的。下面就来介绍这个重入锁。

ReentrantLock重入锁是Lock接口里最重要的实现，也是在实际开发中应用最多的一个，我这篇文章更接近实际开发的应用场景，为开发者提供直接上手应用。所以不是所有方法我都讲解，有些冷门的方法我不会介绍或一句带过。

一、首先先看声明一个重入锁需要使用到那几个构造方法

public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }
 
public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

推荐声明方式

private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
private static ReentrantLock locka = new ReentrantLock();

重点说明：

ReentrantLock提供了两个构造方法，对应两种声明方式。

第一种声明的是公平锁，所谓公平锁，就是按照时间先后顺序，使先等待的线程先得到锁，而且，公平锁不会产生饥饿锁，也就是只要排队等待，最终能等待到获取锁的机会。

第二种声明的是非公平锁，所谓非公平锁就和公平锁概念相反，线程等待的顺序并不一定是执行的顺序，也就是后来进来的线程可能先被执行。

ReentrantLock默认是非公平锁，因为：公平锁实现了先进先出的公平性，但是由于来一个线程就加入队列中，往往都需要阻塞，再由阻塞变为运行，这种上下文切换是非常好性能的。非公平锁由于允许插队所以，上下文切换少的多，性能比较好，保证的大的吞吐量，但是容易出现饥饿问题。所以实际生产也是较多的使用非公平锁。

非公平锁调用的是NonfairSync方法。

二、加入锁之后lock方法到底是怎么处理的（只讲非公平锁）
刚才我们说如果是非公平锁就调用NonfairSync方法，那我们就来看看这个方法都做来什么。

static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
 
        /**
         * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
         * acquire on failure.
         */
        final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }
 
        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            return nonfairTryAcquire(acquires);
        }
    }

重点说明：

读前先知：ReentrantLock用state表示“持有锁的线程已经重复获取该锁的次数”。当state（下文用状态二子代替）等于0时，表示当前没有线程持有锁）。
第一步调用compareAndSetState方法，传了第一参数是期望值0，第二个参数是实际值1，当前这个方法实际是调用了unsafe.compareAndSwapInt实现CAS操作的，也就是上锁之前状态必须是0，如果是0调用setExclusiveOwnerThread方法

private transient Thread exclusiveOwnerThread;
 
    
    protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
        exclusiveOwnerThread = thread;
    }

可以看出setExclusiveOwnerThread就是线程设置为当前线程，此时说明有一名线程已经拿到了锁。大家都是CAS有三个值，如果旧值等于预期值，就把新值赋予上，所以当前线程得到了锁就会把状态置为1。

第二步是compareAndSetState方法返回false时，此时调用的是acquire方法，参数传1

tryAcquire（）方法实际是调用了nonfairTryAcquire（）方法。

public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }
 
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) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

注释上说的很明白，请求独占锁，忽略所有中断，至少执行一次tryAcquire，如果成功就返回，否则线程进入阻塞--唤醒两种状态切换中，直到tryAcquire成功。详情见链接tryAcquire()、addWaiter()、acquireQueued()挨个分析。

 好，到日前为止大家清楚了lock（）方法到调用过程，清楚了，为什么只有得到锁的当前线程才可以执行，没有得到的会在队列里不停的利用CAS原理试图得到锁，CAS很高效，也就是，为什么ReentrantLock比synchronized高效的原因，缺点是很浪费cpu资源。

三、所有线程都执行完毕后调用unlock（）方法

unlock()方法是通过AQS的release(int)方法实现的，我们可以看一下：

public void unlock() {
        sync.release(1);
    }
 
 
public final boolean release(int arg) {
        if (tryRelease(arg)) {
            Node h = head;
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                unparkSuccessor(h);
            return true;
        }
        return false;
    }

tryRelease()是由子类实现的，我们来看一下ReentrantLock中的Sync对它的实现：

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;
        }

先通过getState获得状态标识，如果这个标识和要释放的数量相等，就会把当前占有锁的线程设置为null，实现锁的释放，然后返回true，否则把状态标识减去releases再返回false。

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来源：https://blog.csdn.net/weixin_38003389/article/details/85920101