1. ReentrantLock的介紹

ReentrantLock重入鎖，是實(shí)現(xiàn)Lock接口的一個(gè)類，也是在實(shí)際編程中使用頻率很高的一個(gè)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(huì)被阻塞。在java關(guān)鍵字synchronized隱式支持重入性（關(guān)于synchronized可以看這篇文章），synchronized通過獲取自增，釋放自減的方式實(shí)現(xiàn)重入。與此同時(shí)，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(shí)現(xiàn)原理；2. 公平鎖和非公平鎖。

2. 重入性的實(shí)現(xiàn)原理

要想支持重入性，就要解決兩個(gè)問題：

1. 在線程獲取鎖的時(shí)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(huì)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。

通過這篇文章，我們知道，同步組件主要是通過重寫AQS的幾個(gè)protected方法來表達(dá)自己的同步語義。

針對(duì)第一個(gè)問題，我們來看看ReentrantLock是怎樣實(shí)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(jì)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(jiǎn)單，具體請(qǐng)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(huì)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(huì)對(duì)同步狀態(tài)進(jìn)行加一的操作，那么釋放的時(shí)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(shí)，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(qǐng)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(shí)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(shí)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(duì)獲取鎖而言的，如果一個(gè)鎖是公平的，那么鎖的獲取順序就應(yīng)該符合請(qǐng)求上的絕對(duì)時(shí)間順序，滿足FIFO。ReentrantLock的構(gòu)造方法無參時(shí)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(gè)boolean值，true時(shí)為公平鎖，false時(shí)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(shí)（nonfairTryAcquire方法）只是簡(jiǎn)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(duì)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基本上一致，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(duì)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(qǐng)求資源，根據(jù)公平性，當(dāng)前線程請(qǐng)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(duì)列中的第一個(gè)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

公平鎖每次獲取到鎖為同步隊(duì)列中的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，保證請(qǐng)求資源時(shí)間上的絕對(duì)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。

公平鎖為了保證時(shí)間上的絕對(duì)順序，需要頻繁的上下文切換，而非公平鎖會(huì)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。

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