# JUC锁: ReentrantLock详解可重入锁ReentrantLock的底层是通过AbstractQueuedSynchronizer实现，所以先要学习上一章节AbstractQueuedSynchronizer详解。@pdai
JUC锁: ReentrantLock详解带着BAT大厂的面试问题去理解ReentrantLock源码分析类的继承关系类的内部类类的属性类的构造函数核心函数分析示例分析公平锁参考文章# 带着BAT大厂的面试问题去理解提示
请带着这些问题继续后文，会很大程度上帮助你更好的理解相关知识点。@pdai
什么是可重入，什么是可重入锁? 它用来解决什么问题?ReentrantLock的核心是AQS，那么它怎么来实现的，继承吗? 说说其类内部结构关系。ReentrantLock是如何实现公平锁的?ReentrantLock是如何实现非公平锁的?ReentrantLock默认实现的是公平还是非公平锁?使用ReentrantLock实现公平和非公平锁的示例?ReentrantLock和Synchronized的对比?# ReentrantLock源码分析# 类的继承关系ReentrantLock实现了Lock接口，Lock接口中定义了lock与unlock相关操作，并且还存在newCondition方法，表示生成一个条件。
public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable
# 类的内部类ReentrantLock总共有三个内部类，并且三个内部类是紧密相关的，下面先看三个类的关系。
说明: ReentrantLock类内部总共存在Sync、NonfairSync、FairSync三个类，NonfairSync与FairSync类继承自Sync类，Sync类继承自AbstractQueuedSynchronizer抽象类。下面逐个进行分析。
Sync类Sync类的源码如下:
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
// 序列号
private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;
// 获取锁
abstract void lock();
// 非公平方式获取
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
// 当前线程
final Thread current = Thread.currentThread();
// 获取状态
int c = getState();
if (c == 0) { // 表示没有线程正在竞争该锁
if (compareAndSetState(0, acquires)) { // 比较并设置状态成功，状态0表示锁没有被占用
// 设置当前线程独占
setExclusiveOwnerThread(current);
return true; // 成功
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { // 当前线程拥有该锁
int nextc = c + acquires; // 增加重入次数
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
// 设置状态
setState(nextc);
// 成功
return true;
}
// 失败
return false;
}
// 试图在共享模式下获取对象状态，此方法应该查询是否允许它在共享模式下获取对象状态，如果允许，则获取它
protected final boolean tryRelease(int releases) {
int c = getState() - releases;
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) // 当前线程不为独占线程
throw new IllegalMonitorStateException(); // 抛出异常
// 释放标识
boolean free = false;
if (c == 0) {
free = true;
// 已经释放，清空独占
setExclusiveOwnerThread(null);
}
// 设置标识
setState(c);
return free;
}
// 判断资源是否被当前线程占有
protected final boolean isHeldExclusively() {
// While we must in general read state before owner,
// we don't need to do so to check if current thread is owner
return getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
}
// 新生一个条件
final ConditionObject newCondition() {
return new ConditionObject();
}
// Methods relayed from outer class
// 返回资源的占用线程
final Thread getOwner() {
return getState() == 0 ? null : getExclusiveOwnerThread();
}
// 返回状态
final int getHoldCount() {
return isHeldExclusively() ? getState() : 0;
}
// 资源是否被占用
final boolean isLocked() {
return getState() != 0;
}
/**
* Reconstitutes the instance from a stream (that is, deserializes it).
*/
// 自定义反序列化逻辑
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
s.defaultReadObject();
setState(0); // reset to unlocked state
}
}
Sync类存在如下方法和作用如下。
NonfairSync类NonfairSync类继承了Sync类，表示采用非公平策略获取锁，其实现了Sync类中抽象的lock方法，源码如下:
// 非公平锁
static final class NonfairSync extends Sync {
// 版本号
private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
// 获得锁
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1)) // 比较并设置状态成功，状态0表示锁没有被占用
// 把当前线程设置独占了锁
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else // 锁已经被占用，或者set失败
// 以独占模式获取对象，忽略中断
acquire(1);
}
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
}
说明: 从lock方法的源码可知，每一次都尝试获取锁，而并不会按照公平等待的原则进行等待，让等待时间最久的线程获得锁。
FairSyn类FairSync类也继承了Sync类，表示采用公平策略获取锁，其实现了Sync类中的抽象lock方法，源码如下:
// 公平锁
static final class FairSync extends Sync {
// 版本序列化
private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;
final void lock() {
// 以独占模式获取对象，忽略中断
acquire(1);
}
/**
* Fair version of tryAcquire. Don't grant access unless
* recursive call or no waiters or is first.
*/
// 尝试公平获取锁
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
// 获取当前线程
final Thread current = Thread.currentThread();
// 获取状态
int c = getState();
if (c == 0) { // 状态为0
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) { // 不存在已经等待更久的线程并且比较并且设置状态成功
// 设置当前线程独占
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { // 状态不为0，即资源已经被线程占据
// 下一个状态
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // 超过了int的表示范围
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
// 设置状态
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
}
说明: 跟踪lock方法的源码可知，当资源空闲时，它总是会先判断sync队列(AbstractQueuedSynchronizer中的数据结构)是否有等待时间更长的线程，如果存在，则将该线程加入到等待队列的尾部，实现了公平获取原则。其中，FairSync类的lock的方法调用如下，只给出了主要的方法。
说明: 可以看出只要资源被其他线程占用，该线程就会添加到sync queue中的尾部，而不会先尝试获取资源。这也是和Nonfair最大的区别，Nonfair每一次都会尝试去获取资源，如果此时该资源恰好被释放，则会被当前线程获取，这就造成了不公平的现象，当获取不成功，再加入队列尾部。
# 类的属性ReentrantLock类的sync非常重要，对ReentrantLock类的操作大部分都直接转化为对Sync和AbstractQueuedSynchronizer类的操作。
public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {
// 序列号
private static final long serialVersionUID = 7373984872572414699L;
// 同步队列
private final Sync sync;
}
# 类的构造函数ReentrantLock()型构造函数默认是采用的非公平策略获取锁
public ReentrantLock() {
// 默认非公平策略
sync = new NonfairSync();
}
ReentrantLock(boolean)型构造函数可以传递参数确定采用公平策略或者是非公平策略，参数为true表示公平策略，否则，采用非公平策略:
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
# 核心函数分析通过分析ReentrantLock的源码，可知对其操作都转化为对Sync对象的操作，由于Sync继承了AQS，所以基本上都可以转化为对AQS的操作。如将ReentrantLock的lock函数转化为对Sync的lock函数的调用，而具体会根据采用的策略(如公平策略或者非公平策略)的不同而调用到Sync的不同子类。
所以可知，在ReentrantLock的背后，是AQS对其服务提供了支持，由于之前我们分析AQS的核心源码，遂不再累赘。下面还是通过例子来更进一步分析源码。
# 示例分析# 公平锁import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
class MyThread extends Thread {
private Lock lock;
public MyThread(String name, Lock lock) {
super(name);
this.lock = lock;
}
public void run () {
lock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread() + " running");
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
public class AbstractQueuedSynchronizerDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Lock lock = new ReentrantLock(true);
MyThread t1 = new MyThread("t1", lock);
MyThread t2 = new MyThread("t2", lock);
MyThread t3 = new MyThread("t3", lock);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
运行结果(某一次):
Thread[t1,5,main] running
Thread[t2,5,main] running
Thread[t3,5,main] running
说明: 该示例使用的是公平策略，由结果可知，可能会存在如下一种时序。
说明: 首先，t1线程的lock操作 -> t2线程的lock操作 -> t3线程的lock操作 -> t1线程的unlock操作 -> t2线程的unlock操作 -> t3线程的unlock操作。根据这个时序图来进一步分析源码的工作流程。
t1线程执行lock.lock，下图给出了方法调用中的主要方法。
说明: 由调用流程可知，t1线程成功获取了资源，可以继续执行。
t2线程执行lock.lock，下图给出了方法调用中的主要方法。
说明: 由上图可知，最后的结果是t2线程会被禁止，因为调用了LockSupport.park。
t3线程执行lock.lock，下图给出了方法调用中的主要方法。
说明: 由上图可知，最后的结果是t3线程会被禁止，因为调用了LockSupport.park。
t1线程调用了lock.unlock，下图给出了方法调用中的主要方法。
说明: 如上图所示，最后，head的状态会变为0，t2线程会被unpark，即t2线程可以继续运行。此时t3线程还是被禁止。
t2获得cpu资源，继续运行，由于t2之前被park了，现在需要恢复之前的状态，下图给出了方法调用中的主要方法。
说明: 在setHead函数中会将head设置为之前head的下一个结点，并且将pre域与thread域都设置为null，在acquireQueued返回之前，sync queue就只有两个结点了。
t2执行lock.unlock，下图给出了方法调用中的主要方法。
说明: 由上图可知，最终unpark t3线程，让t3线程可以继续运行。
t3线程获取cpu资源，恢复之前的状态，继续运行。
说明: 最终达到的状态是sync queue中只剩下了一个结点，并且该节点除了状态为0外，其余均为null。
t3执行lock.unlock，下图给出了方法调用中的主要方法。
说明: 最后的状态和之前的状态是一样的，队列中有一个空节点，头节点为尾节点均指向它。
使用公平策略和Condition的情况可以参考上一篇关于AQS的源码示例分析部分，不再累赘。
# 参考文章文章主要参考自leesf的https://www.cnblogs.com/leesf456/p/5383609.html，在此基础上做了增改。