一篇文章，徹底理解ReentrantLock

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1. ReentrantLock的介紹

ReentrantLock重入鎖，是實現(xiàn)Lock接口的一個類，也是在實際編程中使用頻率很高的一個鎖，支持重入性，表示能夠?qū)蚕碣Y源能夠重復(fù)加鎖，即當(dāng)前線程獲取該鎖再次獲取不會被阻塞。在java關(guān)鍵字synchronized隱式支持重入性，synchronized通過獲取自增，釋放自減的方式實現(xiàn)重入。與此同時，ReentrantLock還支持公平鎖和非公平鎖兩種方式。那么，要想完完全全的弄懂ReentrantLock的話，主要也就是ReentrantLock同步語義的學(xué)習(xí)：1. 重入性的實現(xiàn)原理；2. 公平鎖和非公平鎖。

2. 重入性的實現(xiàn)原理

要想支持重入性，就要解決兩個問題：**1. 在線程獲取鎖的時候，如果已經(jīng)獲取鎖的線程是當(dāng)前線程的話則直接再次獲取成功；2. 由于鎖會被獲取n次，那么只有鎖在被釋放同樣的n次之后，該鎖才算是完全釋放成功，我們知道，同步組件主要是通過重寫AQS的幾個protected方法來表達(dá)自己的同步語義。針對第一個問題，我們來看看ReentrantLock是怎樣實現(xiàn)的，以非公平鎖為例，判斷當(dāng)前線程能否獲得鎖為例，核心方法為nonfairTryAcquire：

final?boolean?nonfairTryAcquire(int?acquires)?{
????final?Thread?current?=?Thread.currentThread();
????int?c?=?getState();
????//1\.?如果該鎖未被任何線程占有，該鎖能被當(dāng)前線程獲取
????if?(c?==?0)?{
????????if?(compareAndSetState(0,?acquires))?{
????????????setExclusiveOwnerThread(current);
????????????return?true;
????????}
????}
????//2.若被占有，檢查占有線程是否是當(dāng)前線程
????else?if?(current?==?getExclusiveOwnerThread())?{
????????//?3\.?再次獲取，計數(shù)加一
????????int?nextc?=?c?+?acquires;
????????if?(nextc?<?0)?//?overflow
????????????throw?new?Error("Maximum?lock?count?exceeded");
????????setState(nextc);
????????return?true;
????}
????return?false;}

這段代碼的邏輯也很簡單，具體請看注釋。為了支持重入性，在第二步增加了處理邏輯，如果該鎖已經(jīng)被線程所占有了，會繼續(xù)檢查占有線程是否為當(dāng)前線程，如果是的話，同步狀態(tài)加1返回true，表示可以再次獲取成功。每次重新獲取都會對同步狀態(tài)進(jìn)行加一的操作，那么釋放的時候處理思路是怎樣的了？（依然還是以非公平鎖為例）核心方法為tryRelease：

protected?final?boolean?tryRelease(int?releases)?{
????//1\.?同步狀態(tài)減1
????int?c?=?getState()?-?releases;
????if?(Thread.currentThread()?!=?getExclusiveOwnerThread())
????????throw?new?IllegalMonitorStateException();
????boolean?free?=?false;
????if?(c?==?0)?{
????????//2\.?只有當(dāng)同步狀態(tài)為0時，鎖成功被釋放，返回true
????????free?=?true;
????????setExclusiveOwnerThread(null);
????}
????//?3\.?鎖未被完全釋放，返回false
????setState(c);
????return?free;}

代碼的邏輯請看注釋，需要注意的是，重入鎖的釋放必須得等到同步狀態(tài)為0時鎖才算成功釋放，否則鎖仍未釋放。如果鎖被獲取n次，釋放了n-1次，該鎖未完全釋放返回false，只有被釋放n次才算成功釋放，返回true。到現(xiàn)在我們可以理清ReentrantLock重入性的實現(xiàn)了，也就是理解了同步語義的第一條。

3. 公平鎖與公平鎖

ReentrantLock支持兩種鎖：公平鎖和非公平鎖。何謂公平性，是針對獲取鎖而言的，如果一個鎖是公平的，那么鎖的獲取順序就應(yīng)該符合請求上的絕對時間順序，滿足FIFO。ReentrantLock的構(gòu)造方法無參時是構(gòu)造非公平鎖，源碼為：

public?ReentrantLock()?{
????sync?=?new?NonfairSync();}

另外還提供了另外一種方式，可傳入一個boolean值，true時為公平鎖，false時為非公平鎖，源碼為：

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

在上面非公平鎖獲取時（nonfairTryAcquire方法）只是簡單的獲取了一下當(dāng)前狀態(tài)做了一些邏輯處理，并沒有考慮到當(dāng)前同步隊列中線程等待的情況。我們來看看公平鎖的處理邏輯是怎樣的，核心方法為：

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;
??}}

這段代碼的邏輯與nonfairTryAcquire基本上一直，唯一的不同在于增加了hasQueuedPredecessors的邏輯判斷，方法名就可知道該方法用來判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)在同步隊列中是否有前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的判斷，如果有前驅(qū)節(jié)點(diǎn)說明有線程比當(dāng)前線程更早的請求資源，根據(jù)公平性，當(dāng)前線程請求資源失敗。如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)沒有前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的話，再才有做后面的邏輯判斷的必要性。公平鎖每次都是從同步隊列中的第一個節(jié)點(diǎn)獲取到鎖，而非公平性鎖則不一定，有可能剛釋放鎖的線程能再次獲取到鎖。

公平鎖 VS 非公平鎖

1. 公平鎖每次獲取到鎖為同步隊列中的第一個節(jié)點(diǎn)，保證請求資源時間上的絕對順序，而非公平鎖有可能剛釋放鎖的線程下次繼續(xù)獲取該鎖，則有可能導(dǎo)致其他線程永遠(yuǎn)無法獲取到鎖，造成“饑餓”現(xiàn)象。

2. 公平鎖為了保證時間上的絕對順序，需要頻繁的上下文切換，而非公平鎖會降低一定的上下文切換，降低性能開銷。因此，ReentrantLock默認(rèn)選擇的是非公平鎖，則是為了減少一部分上下文切換，保證了系統(tǒng)更大的吞吐量。