ReentrantLock和Synchronized都是Java開發(fā)中最常用的鎖，與Synchronized這種JVM內(nèi)置鎖不同的是，ReentrantLock提供了更豐富的語義。可以創(chuàng)建公平鎖或非公平鎖、響應(yīng)中斷、超時(shí)等待、按條件喚醒等。在某些場景下，使用ReentrantLock更適合，功能更強(qiáng)大。
前兩篇文章，我們分析了AQS的加鎖流程、以及源碼實(shí)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)我們就說了，AQS使用了模板設(shè)計(jì)模式，父類中定義加鎖流程，子類去實(shí)現(xiàn)具體的加鎖邏輯。所以大部分加鎖代碼已經(jīng)在父類AQS中實(shí)現(xiàn)了，導(dǎo)致ReentrantLock的源碼非常簡單，一塊學(xué)習(xí)一下。
先看一下ReentrantLock怎么使用？
1. ReentrantLock的使用
/**
* @author 一燈架構(gòu)
* @apiNote ReentrantLock示例
**/
public class ReentrantLockDemo {
public static void main(String[] args){
// 1. 創(chuàng)建ReentrantLock對(duì)象
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 2. 加鎖
lock.lock();
try {
// 3. 這里執(zhí)行具體的業(yè)務(wù)邏輯
} finally {
// 4. 釋放鎖
lock.unlock();
}
}
}
可以看到ReentrantLock的使用非常簡單，調(diào)用lock加鎖，unlock釋放鎖，需要配置try/finally使用，保證在代碼執(zhí)行出錯(cuò)的時(shí)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，那里面有ReentrantLock的實(shí)際使用。
再看一下ReentrantLock的類結(jié)構(gòu)
2. ReentrantLock類結(jié)構(gòu)
// 實(shí)現(xiàn)Lock接口
public class ReentrantLock implements Lock {
// 只有一個(gè)Sync同步變量
private final Sync sync;
// Sync繼承自AQS，主要邏輯都在這里面
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
}
// Sync的兩個(gè)子類，分別實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)非常簡單，實(shí)現(xiàn)了Lock接口。
類里面有兩個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類，分別實(shí)現(xiàn)公平鎖和非公平鎖。
看一下Lock接口中，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(shí)間內(nèi)，嘗試加鎖
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
// 釋放鎖
void unlock();
// 新建條件狀態(tài)
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(shí)候，了解到AQS定義了一些有關(guān)具體加鎖、釋放鎖的抽象方法，留給子類去實(shí)現(xiàn)，再看一下有哪些抽象方法：
// 加獨(dú)占鎖
protected boolean tryAcquire(int arg){
throw new UnsupportedOperationException();
}
// 釋放獨(dú)占鎖
protected boolean tryRelease(int arg){
throw new UnsupportedOperationException();
}
// 加共享鎖
protected int tryAcquireShared(int arg){
throw new UnsupportedOperationException();
}
// 釋放共享鎖
protected boolean tryReleaseShared(int arg){
throw new UnsupportedOperationException();
}
// 判斷是否是當(dāng)前線程正在持有鎖
protected boolean isHeldExclusively(){
throw new UnsupportedOperationException();
}
由于ReentrantLock使用的是獨(dú)占鎖，所以只需要實(shí)現(xiàn)獨(dú)占鎖相關(guān)的方法就可以了。
3.ReentrantLock源碼解析
3.1 ReentrantLock構(gòu)造方法
// 默認(rèn)的構(gòu)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(chuàng)建ReentrantLock對(duì)象的時(shí)候，可以指定使用公平鎖還是非公平鎖，默認(rèn)使用非公平鎖，顯然非公平鎖的性能更好。
先思考一個(gè)面試?？紗栴}，公平鎖和非公平鎖是怎么實(shí)現(xiàn)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(diào)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(shè)置state=1）
if (compareAndSetState(0, 1))
// 2. 加鎖成功，就把當(dāng)前線程設(shè)置為持有鎖線程
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
// 3. 沒加鎖成功，再調(diào)用父類AQS中實(shí)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(shè)置成1），加鎖成功，就把當(dāng)前線程設(shè)置為持有鎖線程。
設(shè)計(jì)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中復(fù)雜的加鎖邏輯了。
如果沒有加鎖成功，還是需要走else中調(diào)用父類AQS的acquire方法，而acquire又需要調(diào)用子類的tryAcquire方法。
調(diào)用鏈路就是下面這樣：
根據(jù)調(diào)用鏈路，實(shí)際的加鎖邏輯在Sync.nonfairTryAcquire方法里面。
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(tài)
int c = getState();
// 2. state=0表示無鎖，先嘗試加鎖（使用CAS設(shè)置state=1）
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
// 3. 加鎖成功，就把當(dāng)前線程設(shè)置為持有鎖線程
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
// 4. 如果當(dāng)前線程已經(jīng)持有鎖，執(zhí)行可重入的邏輯
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 5. 加鎖次數(shù)+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(diào)用流程，公平鎖和非公平鎖流程是一樣的，最終都是執(zhí)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(tài)減去釋放鎖次數(shù)
int c = getState() - releases;
// 2. 校驗(yàn)當(dāng)前線程不持有鎖，就報(bào)錯(cuò)
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
// 3. 判斷同步狀態(tài)是否等于0，無鎖后，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(shí)現(xiàn)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(tài)
int c = getState();
// 2. state=0表示無鎖，先嘗試加鎖（使用CAS設(shè)置state=1）
if (c == 0) {
// 3. 判斷當(dāng)前線程是不是頭節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)（講究先來后到）
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
// 4. 如果當(dāng)前線程已經(jīng)持有鎖，執(zhí)行可重入的邏輯
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 5. 加鎖次數(shù)+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(dāng)前線程是不是頭節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)（講究先來后到）
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(jīng)講過。
4. 總結(jié)
看完了ReentrantLock的所有源碼，是不是覺得ReentrantLock很簡單。
由于加鎖流程的編排工作已經(jīng)在父類AQS中實(shí)現(xiàn)，子類只需要實(shí)現(xiàn)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(tài)state的值和持有鎖的線程exclusiveOwnerThread。
