ReentrantLock和Synchronized都是Java开发中最常用的锁，与Synchronized这种JVM内置锁不同的是，ReentrantLock提供了更丰富的语义。可以创建公平锁或非公平锁、响应中断、超时等待、按条件唤醒等。在某些场景下，使用ReentrantLock更适合，功能更强大。
前两篇文章，我们分析了AQS的加锁流程、以及源码实现。当时我们就说了，AQS使用了模板设计模式，父类中定义加锁流程，子类去实现具体的加锁逻辑。所以大部分加锁代码已经在父类AQS中实现了，导致ReentrantLock的源码非常简单，一块学习一下。
先看一下ReentrantLock怎么使用？
1. ReentrantLock的使用
/**
* @author 一灯架构
* @apiNote ReentrantLock示例
**/
public class ReentrantLockDemo {
public static void main(String[] args) {
// 1. 创建ReentrantLock对象
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 2. 加锁
lock.lock();
try {
// 3. 这里执行具体的业务逻辑
} finally {
// 4. 释放锁
lock.unlock();
}
}
}
可以看到ReentrantLock的使用非常简单，调用lock加锁，unlock释放锁，需要配置try/finally使用，保证在代码执行出错的时候也能释放锁。
ReentrantLock也可以配合Condition条件使用，具体可以翻一下前几篇文章中BlockingQueue的源码解析，那里面有ReentrantLock的实际使用。
再看一下ReentrantLock的类结构
2. ReentrantLock类结构
// 实现Lock接口
public class ReentrantLock implements Lock {
// 只有一个Sync同步变量
private final Sync sync;
// Sync继承自AQS，主要逻辑都在这里面
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
}
// Sync的两个子类，分别实现了公平锁和非公平锁
static final class FairSync extends Sync {
}
static final class NonfairSync extends Sync {
}
}
可以看出ReentrantLock的类结构非常简单，实现了Lock接口。
类里面有两个静态内部类，分别实现公平锁和非公平锁。
看一下Lock接口中，定义了哪些方法？
public interface Lock {
// 加锁
void lock();
// 加可中断的锁
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
// 尝试加锁
boolean tryLock();
// 一段时间内，尝试加锁
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
// 释放锁
void unlock();
// 新建条件状态
Condition newCondition();
}
就是一些使用锁的常用方法。
在上篇文章中浏览AQS源码的时候，了解到AQS定义了一些有关具体加锁、释放锁的抽象方法，留给子类去实现，再看一下有哪些抽象方法：
// 加独占锁
protected boolean tryAcquire(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
// 释放独占锁
protected boolean tryRelease(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
// 加共享锁
protected int tryAcquireShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
// 释放共享锁
protected boolean tryReleaseShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
// 判断是否是当前线程正在持有锁
protected boolean isHeldExclusively() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
由于ReentrantLock使用的是独占锁，所以只需要实现独占锁相关的方法就可以了。
3. ReentrantLock源码解析
3.1 ReentrantLock构造方法
// 默认的构造方法，使用非公平锁
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
// 传true，可以指定使用公平锁
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
在创建ReentrantLock对象的时候，可以指定使用公平锁还是非公平锁，默认使用非公平锁，显然非公平锁的性能更好。
先思考一个面试常考问题，公平锁和非公平锁是怎么实现的？
3.2 非公平锁源码
先看一下加锁源码：
从父类ReentrantLock的加锁方法入口：
public class ReentrantLock implements Lock {
// 加锁入口方法
public void lock() {
// 调用Sync中加锁方法
sync.lock();
}
}
在子类NonfairSync的加锁方法：
// 非公平锁
static final class NonfairSync extends Sync {
// 加锁
final void lock() {
// 1. 先尝试加锁（使用CAS设置state=1）
if (compareAndSetState(0, 1))
// 2. 加锁成功，就把当前线程设置为持有锁线程
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
// 3. 没加锁成功，再调用父类AQS中实际的加锁逻辑
acquire(1);
}
}
加锁逻辑也很简单，先尝试使用CAS加锁（也就是把state从0设置成1），加锁成功，就把当前线程设置为持有锁线程。
设计者很聪明，在锁竞争不激烈的情况下，很大概率可以加锁成功，也就不用走else中复杂的加锁逻辑了。
如果没有加锁成功，还是需要走else中调用父类AQS的acquire方法，而acquire又需要调用子类的tryAcquire方法。
调用链路就是下面这样：
根据调用链路，实际的加锁逻辑在Sync.nonfairTryAcquire方法里面。
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
// 非公平锁的最终加锁方法
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
// 1. 获取同步状态
int c = getState();
// 2. state=0表示无锁，先尝试加锁（使用CAS设置state=1）
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
// 3. 加锁成功，就把当前线程设置为持有锁线程
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
// 4. 如果当前线程已经持有锁，执行可重入的逻辑
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 5. 加锁次数+acquires
int nextc = c + acquires;
// 6. 超过tnt类型最大值，溢出了
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
}
再看一下释放锁的调用流程，公平锁和非公平锁流程是一样的，最终都是执行Sync.tryRelease方法：
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
// 释放锁
protected final boolean tryRelease(int releases) {
// 1. 同步状态减去释放锁次数
int c = getState() - releases;
// 2. 校验当前线程不持有锁，就报错
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
// 3. 判断同步状态是否等于0，无锁后，就删除持有锁的线程
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
setState(c);
return free;
}
}
再看一下公平锁的源码
3.3 公平锁源码
先看一下公平锁的加锁流程：
最终的加锁方法是FairSync.tryAcquire，看一下具体逻辑：
static final class FairSync extends Sync {
// 实现父类的加锁逻辑
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
// 1. 获取同步状态
int c = getState();
// 2. state=0表示无锁，先尝试加锁（使用CAS设置state=1）
if (c == 0) {
// 3. 判断当前线程是不是头节点的下一个节点（讲究先来后到）
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
// 4. 如果当前线程已经持有锁，执行可重入的逻辑
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 5. 加锁次数+acquires
int nextc = c + acquires;
// 6. 超过tnt类型最大值，溢出了
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
// 判断当前线程是不是头节点的下一个节点（讲究先来后到）
public final boolean hasQueuedPredecessors() {
Node t = tail;
Node h = head;
Node s;
return h != t &&
((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}
}
公平锁的释放锁逻辑跟非公平锁一样，上面已经讲过。
4. 总结
看完了ReentrantLock的所有源码，是不是觉得ReentrantLock很简单。
由于加锁流程的编排工作已经在父类AQS中实现，子类只需要实现具体的加锁逻辑即可。
加锁逻辑也很简单，也就是修改同步状态state的值和持有锁的线程exclusiveOwnerThread。
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