ReentrantLock介绍
【1】ReentrantLock是一种基于AQS框架的应用实现，是JDK中的一种线程并发访问的同步手段，它的功能类似于synchronized是一种互斥锁，可以保证线程安全。
【2】相对于 synchronized， ReentrantLock具备如下特点：
1）可中断 2）可以设置超时时间 3）可以设置为公平锁 4）支持多个条件变量 5）与 synchronized 一样，都支持可重入
ReentrantLock问题分析
【1】ReentrantLock公平锁和非公平锁的性能谁更高？
1）那肯定是非公平锁，但是为什么是非公平更高呢？
2）因为涉及到了线程的park()与unpark()操作，不管是ReentrantLock还是synchronized，都在避免这些操作。
（1）如ReentrantLock的非公平同步器在得不到锁的情况下，即将要进入之前会再加一次锁，生成节点之后又会加一次锁，把节点放入队列之后又会加一次锁，最终迫不得已才会进行park()操作。
（2）如synchronized，在生成monitor的过程之中也会多次尝试加锁，避免monitor的生成。
3）为什么要避免呢？这就涉及到线程的概念了。
（1）因为park()与unpark()操作涉及到了线程的上下文切换，同时又涉及到了时间片轮转机制。
（2）线程上下文切换，需要将旧的线程资源保存回内存【保存执行到了哪一步，需要什么东西】，将新的线程的资源加载入CPU，让新线程具备执行的资源并开始执行。但是这些操作都是需要花费时间的，会消耗一部分时间片的资源。如（这里仅仅只是举例说明），一个时间片本来就是50s，你拿到的时候花费了一定的时间（如10s）进行上下文切换，现在刚执行不到5s，你又要进行一次切换（又要花费10s）。那下一个拿到时间片的线程会不会还是会继续切换呢？而且你要下次运行就又要等时间片了。
（3）所以说，本质上非公平机制是为了让持有CPU的线程尽可能多的做有用的任务，减少上线下文切换带来的开销，毕竟时间片来之不易，本身就是从众多线程之中好不容易分配得来的。
ReentrantLock的使用
【1】使用模板
Lock lock = new ReentrantLock(); //加锁 lock.lock(); try { // 临界区代码 // TODO 业务逻辑：读写操作不能保证线程安全 } finally { // 解锁，放置在这里的原因是保证异常情况都不能干扰到解锁逻辑 lock.unlock(); }
【2】可重入的尝试
public class ReentrantLockDemo { public static ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); public static void main(String[] args) { method1(); } public static void method1() { lock.lock(); try { log.debug("execute method1"); method2(); } finally { lock.unlock(); } } public static void method2() { lock.lock(); try { log.debug("execute method2"); method3(); } finally { lock.unlock(); } } public static void method3() { lock.lock(); try { log.debug("execute method3"); } finally { lock.unlock(); } } }
【3】中断机制尝试
进行说明：这里面其实是main线程先获得了锁，所以t1线程其实是先进入队列里面，然后在main线程里面将t1设置为了中断。当main线程释放锁的时候，t1去加锁，发现自己被中断了，所以抛出中断异常，退出加锁。【其实这个中断加锁，怎么说，就是可以让失去加锁的权利，但是不影响你去排队】
@Slf4j public class ReentrantLockDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); Thread t1 = new Thread(() -> { log.debug("t1启动..."); try { lock.lockInterruptibly(); try { log.debug("t1获得了锁"); } finally { lock.unlock(); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); log.debug("t1等锁的过程中被中断"); } }, "t1"); lock.lock(); try { log.debug("main线程获得了锁"); t1.start(); //先让线程t1执行 Thread.sleep(10000); t1.interrupt(); log.debug("线程t1执行中断"); } finally { lock.unlock(); } } }
【4】锁超时尝试
@Slf4j public class ReentrantLockDemo { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); Thread t1 = new Thread(() -> { log.debug("t1启动..."); //超时 try { // 注意： 即使是设置的公平锁，此方法也会立即返回获取锁成功或失败，公平策略不生效 if (!lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) { log.debug("等待 1s 后获取锁失败，返回"); return; } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); return; } try { log.debug("t1获得了锁"); } finally { lock.unlock(); } }, "t1"); lock.lock(); try { log.debug("main线程获得了锁"); t1.start(); //先让线程t1执行 Thread.sleep(2000); } finally { lock.unlock(); } } }
【5】条件变量的尝试
说明：
1）java.util.concurrent类库中提供Condition类来实现线程之间的协调。调用Condition.await() 方法使线程等待，其他线程调用Condition.signal() 或 Condition.signalAll() 方法唤醒等待的线程。
2）由于可控的原因我们甚至可以多个条件队列来进行对线程调控。
注意：调用Condition的await()和signal()方法，都必须在lock保护之内。
@Slf4j public class ReentrantLockDemo { private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); private static Condition cigCon = lock.newCondition(); private static Condition takeCon = lock.newCondition(); private static boolean hashcig = false; private static boolean hastakeout = false; //送烟 public void cigratee(){ lock.lock(); try { while(!hashcig){ try { log.debug("没有烟，歇一会"); cigCon.await(); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } } log.debug("有烟了，干活"); }finally { lock.unlock(); } } //送外卖 public void takeout(){ lock.lock(); try { while(!hastakeout){ try { log.debug("没有饭，歇一会"); takeCon.await(); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } } log.debug("有饭了，干活"); }finally { lock.unlock(); } } public static void main(String[] args) { ReentrantLockDemo6 test = new ReentrantLockDemo6(); new Thread(() ->{ test.cigratee(); }).start(); new Thread(() -> { test.takeout(); }).start(); new Thread(() ->{ lock.lock(); try { hashcig = true; log.debug("唤醒送烟的等待线程"); cigCon.signal(); }finally { lock.unlock(); } },"t1").start(); new Thread(() ->{ lock.lock(); try { hastakeout = true; log.debug("唤醒送饭的等待线程"); takeCon.signal(); }finally { lock.unlock(); } },"t2").start(); } }
ReentrantLock源码分析（版本为jdk14）
【0】前置部分最好有关于JDK实现管程的了解【可查看 深入理解AQS--jdk层面管程实现】
【1】ReentrantLock类自身部分
0）继承关系
//锁的接口定义，定义了一个锁该具备哪一些功能 public interface Lock { void lock(); void lockInterruptibly() throws InterruptedException; boolean tryLock(); boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException; void unlock(); Condition newCondition(); }
1）属性值
//同步器句柄，同步器提供了所有的实现机制 private final Sync sync;
2）构造方法
//默认是采用非公平的同步器 public ReentrantLock() { sync = new NonfairSync(); } //此外可以根据传入的参数选择同步器 public ReentrantLock(boolean fair) { sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync(); }
3）其他方法【看完之后，你会发现，其实ReentrantLock什么事都不干，统统都交给了持有的AQS同步器去干活了，有一种修饰器设计模式的味道，只是包装了一下，具体内部的同步器类型由自己选择，所以同步器显得就很重要】
public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable { ..... //获取锁定 public void lock() { sync.lock(); } //中断式的加锁，如果没有被中断就会加锁 public void lockInterruptibly() throws InterruptedException { sync.lockInterruptibly(); } //仅当在调用时锁不被另一个线程持有时才获取锁 public boolean tryLock() { return sync.tryLock(); } //超时加锁，限定加锁时间 public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { return sync.tryLockNanos(unit.toNanos(timeout)); } //尝试释放此锁 public void unlock() { sync.release(1); } //返回一个用于此锁定实例的条件实例，说白了就是监视器 public Condition newCondition() { return sync.newCondition(); } //查询当前线程在此锁上保留的数量 public int getHoldCount() { return sync.getHoldCount(); } public boolean isHeldByCurrentThread() { return sync.isHeldExclusively(); } //判断同步器是否在被持有状态，也就是被加锁了 public boolean isLocked() { return sync.isLocked(); } //判断同步器的类型 public final boolean isFair() { return sync instanceof FairSync; } protected Thread getOwner() { return sync.getOwner(); } public final boolean hasQueuedThreads() { return sync.hasQueuedThreads(); } //判断同步器里面是否有该线程 public final boolean hasQueuedThread(Thread thread) { return sync.isQueued(thread); } public final int getQueueLength() { return sync.getQueueLength(); } protected Collection<Thread> getQueuedThreads() { return sync.getQueuedThreads(); } public boolean hasWaiters(Condition condition) { if (condition == null) throw new NullPointerException(); if (!(condition instanceof AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)) throw new IllegalArgumentException("not owner"); return sync.hasWaiters((AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)condition); } //返回条件队列里面等待的线程的个数 public int getWaitQueueLength(Condition condition) { if (condition == null) throw new NullPointerException(); if (!(condition instanceof AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)) throw new IllegalArgumentException("not owner"); return sync.getWaitQueueLength((AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)condition); } //返回条件队列里面等待的线程 protected Collection<Thread> getWaitingThreads(Condition condition) { if (condition == null) throw new NullPointerException(); if (!(condition instanceof AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)) throw new IllegalArgumentException("not owner"); return sync.getWaitingThreads((AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject)condition); } }
【2】抽象的Sync类部分
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { //定义了核心的加锁逻辑 @ReservedStackAccess final boolean tryLock() { Thread current = Thread.currentThread(); //获取State属性值，这是在AQS里面定义的值，用于标记是否可以加锁，0代表没有人在用锁，1代表有人在占用，大于1说明这个锁被这个人加了多次【即重入锁概念】 int c = getState(); if (c == 0) { //CAS保证只有一个人能成功 if (compareAndSetState(0, 1)) { //设置持有锁的线程 setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } else if (getExclusiveOwnerThread() == current) { //走到这里说明有人持有了锁，但是可以判断持有的人是不是自己【可重入】 if (++c < 0) // overflow throw new Error("Maximum lock count exceeded"); //因为每一次重入都会导致State的值+1，所以解锁的时候对应要减1 setState(c); return true; } return false; } //为子类留下的加锁逻辑的抽象方法 abstract boolean initialTryLock(); //核心加锁逻辑里面便是使用抽象方法进行加锁 @ReservedStackAccess final void lock() { if (!initialTryLock()) acquire(1); } @ReservedStackAccess final void lockInterruptibly() throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); if (!initialTryLock()) acquireInterruptibly(1); } @ReservedStackAccess final boolean tryLockNanos(long nanos) throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); return initialTryLock() || tryAcquireNanos(1, nanos); } //尝试释放锁 @ReservedStackAccess protected final boolean tryRelease(int releases) { int c = getState() - releases; if (getExclusiveOwnerThread() != Thread.currentThread()) throw new IllegalMonitorStateException(); boolean free = (c == 0); if (free) setExclusiveOwnerThread(null); setState(c); return free; } 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(); } final ConditionObject newCondition() { return new ConditionObject(); } // Methods relayed from outer class final Thread getOwner() { return getState() == 0 ? null : getExclusiveOwnerThread(); } final int getHoldCount() { return isHeldExclusively() ? getState() : 0; } final boolean isLocked() { return getState() != 0; } /** * Reconstitutes the instance from a stream (that is, deserializes it). */ private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { s.defaultReadObject(); setState(0); // reset to unlocked state } }
【3】实现抽象的 Sync类 的公平锁 FairSync类部分
static final class FairSync extends Sync { //尝试锁定方法 final boolean initialTryLock() { Thread current = Thread.currentThread(); int c = getState(); if (c == 0) { //看得出来首先队列要为空，其次才是CAS加锁成功，才算能够持有锁 //也就是说队列不为空，连CAS加锁的资格都没有，所以十分公平 if (!hasQueuedThreads() && compareAndSetState(0, 1)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } else if (getExclusiveOwnerThread() == current) { if (++c < 0) // overflow throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(c); return true; } return false; } //尝试获取方法 protected final boolean tryAcquire(int acquires) { if (getState() == 0 && !hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); return true; } return false; } } //AbstractQueuedSynchronizer类#hasQueuedThreads方法 //判断队列是否为空【由于AQS里面采用的是链表实现队列效果，所以是判断节点情况】 public final boolean hasQueuedThreads() { for (Node p = tail, h = head; p != h && p != null; p = p.prev) if (p.status >= 0) return true; return false; }
【4】实现抽象的 Sync类 的非公平锁 NonfairSync类部分
//与公平的同步器进行比较的话，会发现，他们本质没什么区别，因为大多数走的都是抽象方法的逻辑和AQS的方法 //最大的区别在于加锁的方式不同，公平方式，队列没人才去加锁；非公平方式，不管队列有没有人，都是直接去加锁，加到了就持有 static final class NonfairSync extends Sync { //尝试锁定方法 final boolean initialTryLock() { Thread current = Thread.currentThread(); //直接尝试CAS获取加锁权利 if (compareAndSetState(0, 1)) { // first attempt is unguarded setExclusiveOwnerThread(current); return true; } else if (getExclusiveOwnerThread() == current) { int c = getState() + 1; if (c < 0) // overflow throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(c); return true; } else return false; } //尝试获取方法 protected final boolean tryAcquire(int acquires) { //判断是否有人持有锁，没有则去加锁 if (getState() == 0 && compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); return true; } return false; } }
