ReentrantLock实现原理

　　为了保证同步的安全性，除了synchronized关键字，java并发包中java.util.concurrent.locks中的ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock也是常用的锁实现。本篇从源码方面，分析一下重入锁ReentrantLock的原理。

　　先说一下什么的重入锁：某个线程获得锁以后，还可以多次重复获得锁，不会自己阻塞自己。

　　ReentrantLock基于抽象类AbstractQueuedSynchronizer（以下简称AQS）实现。

　　看源码：

　　首先从构造器上可以看出，ReentrantLock有公平锁和非公平锁两种机制。

//默认非公平锁
public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }

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

　　

　　先简要说明一下公平锁和非公平锁的区别，然后在分析两者的不同实现方式。

　　公平锁：多个线程之间讲究先来后到。类似于排队，后面来的线程依次排在队列最后。

　　非公平锁：进行锁的争抢。抢到就执行，没抢到就阻塞。等待获得锁的线程释放后，再参与竞争。

　　所以通常使用非公平锁。其效率比公平锁高。

获取锁

公平锁

 final void lock() {
            acquire(1);
        }

public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }

　　第一步tryAcquire(arg)尝试加锁，由FairSync实现，具体代码如下：

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;
        }

• 获取当前线程
• 获取AQS中的state。如果state为0，表示此时没有线程获得锁。　　
• 在if判断中，先要判断AQS的Node队列是否为空。如果不是空的，就需要排队。此时不获取锁。
• 尝试使用CAS算法，将state更新为1。更新成功，获取锁，将此时的线程设置为独占线程exclusiveOwnerThread。返回true。
• 如果state不为0，表示已经有线程获得了锁。所以要判断获得锁的线程（独占线程）是否为当前线程。
• 如果是，说明是重入情况。将state增加1。返回true。
• 走到最后一步，就是没有获得锁了。返回false；

　　继续上面的步骤，如果获取锁失败，先执行addWaiter(Node.EXCLUSIVE)，将当前线程写入队列

private Node addWaiter(Node mode) {
        Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
        // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
        Node pred = tail;
        if (pred != null) {
            node.prev = pred;
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                pred.next = node;
                return node;
            }
        }
        enq(node);
        return node;
    }

• 封装一个新节点node
• 判断链表尾是否为空，不是就把新节点node‘写入最后
• ’链表尾为空，则用enq(node)写入最后。

　　写入队列以后，acquireQueued()方法，挂起当前线程。

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true;
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return interrupted;
                }
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

• 在循环中，如果node的上一个是头节点，则再尝试获取锁。成功就结束循环，返回false
• 不是头节点，就根据上一个节点的waitStatus，判断是否需要挂起当前线程。waitStatus用来记录节点状态，如节点取消，节点等待等。
• 判断需要挂起，则使用parkAndCheckInterrupt()方法，挂起线程。具体使用LockSupport.park(this)挂起线程。
• 如果在这里的第一步就获取锁成功了，就可以取消此节点的获取锁操作了。

非公平锁

　　非公平锁在锁的获取策略上有差异。

final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }

 protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            return nonfairTryAcquire(acquires);
        }

• 非公平锁先直接尝试使用CAS算法更新state，获取锁
• 更新失败以后，在尝试获取锁

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;
        }

　　与公平锁相比，非公平锁尝试获取锁的过程中，无需判断队列中是否存在其他线程。

释放锁

　　公平锁和非公平锁释放锁的步骤都一样

　　

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;
    }
//更新state
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;
        }

　　值得注意的是，因为是重入锁的关系，在tryRelease()方法中，需要将state更新为0，才认为完全释放锁。释放以后，再唤醒挂起线程。