ReentrantLock實現原理及原始碼分析

       ReentrantLock是Java併發包中提供的一個可重入的互斥鎖。ReentrantLock和synchronized在基本用法，行為語義上都是類似的，同樣都具有可重入性。只不過相比原生的Synchronized，ReentrantLock增加了一些高階的擴充套件功能，比如它可以實現公平鎖，同時也可以繫結多個Conditon。

可重入性/公平鎖/非公平鎖

可重入性

　　　　所謂的可重入性，就是可以支援一個執行緒對鎖的重複獲取

，原生的synchronized就具有可重入性，一個用synchronized修飾的遞迴方法，當執行緒在執行期間，它是可以反覆獲取到鎖的，而不會出現自己把自己鎖死的情況。ReentrantLock也是如此，在呼叫lock()方法時，已經獲取到鎖的執行緒，能夠再次呼叫lock()方法獲取鎖而不被阻塞。那麼有可重入鎖，就有不可重入鎖，我們在之前文章中自定義的一個Mutex鎖就是個不可重入鎖，不過使用場景極少而已。

公平鎖/非公平鎖

　　　　所謂公平鎖,顧名思義，意指鎖的獲取策略相對公平，當多個執行緒在獲取同一個鎖時，必須按照鎖的申請時間來依次獲得鎖，排排隊，不能插隊；非公平鎖則不同，當鎖被釋放時，等待中的執行緒均有機會獲得鎖。synchronized是非公平鎖，ReentrantLock預設也是非公平的，但是可以通過帶boolean引數的構造方法指定使用公平鎖，但非公平鎖的效能一般要優於公平鎖。

　　synchronized是Java原生的互斥同步鎖，使用方便，對於synchronized修飾的方法或同步塊，無需再顯式釋放鎖。synchronized底層是通過monitorenter和monitorexit兩個位元組碼指令來實現加鎖解鎖操作的。而ReentrantLock做為API層面的互斥鎖，需要顯式地去加鎖解鎖。

class X {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    // ...
 
    public void m() {
      lock.lock();  // 加鎖
      try {
        // ... 函式主題
      } finally {
        lock.unlock() //解鎖
      }
    }
  }
 

　ReentrantLock是基於AQS的，AQS是Java併發包中眾多同步元件的構建基礎，它通過一個int型別的狀態變數state和一個FIFO佇列來完成共享資源的獲取，執行緒的排隊等待等。AQS是個底層框架，採用模板方法模式，它定義了通用的較為複雜的邏輯骨架，比如執行緒的排隊，阻塞，喚醒等，將這些複雜但實質通用的部分抽取出來，這些都是需要構建同步元件的使用者無需關心的，使用者僅需重寫一些簡單的指定的方法即可（其實就是對於共享變數state的一些簡單的獲取釋放的操作）。

　　上面簡單介紹了下AQS，詳細內容可參考本人的另一篇文章《Java併發包基石-AQS詳解》，此處就不再贅述了。先來看常用的幾個方法，我們從上往下推。

　　無參構造器（預設為非公平鎖）

 

public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();//預設是公平的
    }

　sync是ReentrantLock內部實現的一個同步元件，它是Reentrantlock的一個靜態內部類，繼承於AQS，後面我們再分析。

　　帶布林值的構造器（是否公平）

public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();//fair為true，公平鎖；反之，非公平鎖
    }

看到了吧，此處可以指定是否採用公平鎖，FailSync和NonFailSync亦為Reentrantlock的靜態內部類，都繼承於Sync。

　　再來看看幾個我們常用到的方法

　　lock()

public void lock() {
        sync.lock();//代理到Sync的lock方法上
    }

Sync的lock方法是抽象的，實際的lock會代理到FairSync或是NonFairSync上（根據使用者的選擇來決定，公平鎖還是非公平鎖）

　　lockInterruptibly()

public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireInterruptibly(1);//代理到sync的相應方法上，同lock方法的區別是此方法響應中斷
    }

此方法響應中斷，當執行緒在阻塞中的時候，若被中斷，會丟擲InterruptedException異常 

　　tryLock()

public boolean tryLock() {
        return sync.nonfairTryAcquire(1);//代理到sync的相應方法上
    }

tryLock，嘗試獲取鎖，成功則直接返回true，不成功也不耽擱時間，立即返回false。

　　unlock()

public void unlock() {
        sync.release(1);//釋放鎖
    }

釋放鎖，呼叫sync的release方法，其實是AQS的release邏輯。

 　　newCondition()

　　獲取一個conditon，ReentrantLock支援多個Condition

public Condition newCondition() {
        return sync.newCondition();
    }

小結

　　其實從上面這寫方法的介紹，我們都能大概梳理出ReentrantLock的處理邏輯，其內部定義了三個重要的靜態內部類，Sync，NonFairSync，FairSync。Sync作為ReentrantLock中公用的同步元件，繼承了AQS（要利用AQS複雜的頂層邏輯嘛，執行緒排隊，阻塞，喚醒等等）；NonFairSync和FairSync則都繼承Sync，呼叫Sync的公用邏輯，然後再在各自內部完成自己特定的邏輯（公平或非公平）。

 

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