ReentrantLock源码分析

属性

重入锁是基于AQS实现的，它提供了公平锁和非公平锁两个版本的实现。

public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {

    /***************公平锁和非公平锁*****************/

    //锁(该类核心)
    private final Sync sync;
    //非公平锁版本
    static final class NonfairSync extends Sync{……}
    //公平锁版本
    static final class FairSync extends Sync{……}

    /**
     * 默认使用非公平锁
     */
    public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }

    /**
     * 手动指定公平策略
     */
    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }    

}

非公平锁和公平锁两个类都是内部类，而ReentrantLock中只引入Sync类型的sync，面向接口编程。实际使用哪个版本则由构造器决定，默认使用非公平锁，也可以在构造时手动指定。

构造器

    /**
     * 构造器：默认非公平，等价于ReentrantLock(false)
     */
    public ReentrantLock() {
        //默认使用非公平锁
        sync = new NonfairSync();
    }

    /**
     * 构造器：使用指定的公平策略
     */
    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

加锁(非公平版)-lock

因为默认使用非公平版本，我们先跟踪一下非公平版的lock()源码，看看是如何实现的

public void lock() {
    sync.lock();
}

//内部类NonfairSync中的lock方法
final void lock() {
    //先使用CAS方式【抢占一次】锁。若成功则独占该锁(将AQS的state由0改为1，并将当前线程设置锁拥有者)
    if (compareAndSetState(0, 1))
        //将当前线程设置为锁拥有者(exclusiveOwnerThread表示“持有锁的线程”)
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
    else//失败，则加入等待队列(入队前会先进行一次获取锁操作)
        acquire(1);
}

//父类AQS类中的acquire方法
public final void acquire(int arg) {
    //入队前，此时锁可能已被释放，先尝试一次获取锁的操作。
    //获取失败，则将线程包装成节点，加入等待队列尾部，完成后中断线程。
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

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

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    //锁没被线程持有，则竞争该锁，成功则将state由0改为1，并将当前线程标记为锁拥有者
    if (c == 0) {

        if (compareAndSetState(0, acquires)) {//CAS方式获取锁
            //将当前线程标记为锁拥有者
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }//锁已经被持有
    //锁已被线程持有，则统计重入次数。
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        int nextc = c + acquires;//state值+1(传进来的是1)
        if (nextc < 0) // overflow
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        //修改state【不需要使用CAS来修改state，相当于偏向锁】
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

加锁(公平版)-lock

再来跟踪一下公平版本的lock()方法源码

/**
 * 没有抢占操作,直接进入等待队列排队(公平)
 */
final void lock() {
    acquire(1);
}

//父类AQS类中的acquire方法
public final void acquire(int arg) {
    //入队前，此时锁可能已被释放，先尝试一次获取锁的操作。
    //获取失败，则将线程包装成节点，加入等待队列尾部，完成后中断线程。
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

/**
 * tryAcquire公平版本。
 */
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    //锁没被线程持有
    if (c == 0) {
        //【快捷方式】先判断是否有前驱节点(因为队列是FIFO，前驱等待时间更长，既然公平，就要保证先来先获取)
        //若无前驱，则通过CAS操作获取，成功则将state由0改为1，并设置当前线程拥有该锁。
        if (!hasQueuedPredecessors() &&
            compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    //锁已由当前线程持有，则统计重入次数
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0)
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }//锁由其它线程持有
    return false;
}

释放锁-unlock

unlock方法实现都是相同的。

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

protected final boolean tryRelease(int releases) {
    int c = getState() - releases;
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    boolean free = false;
    //锁状态已为0，则可以释放锁了。(state累加了多少次，就要对应的减多少次，才能把锁解开)
    if (c == 0) {
        free = true;//释放锁成功
        setExclusiveOwnerThread(null);//设置锁拥有者为null
    }
    //更新state
    setState(c);
    return free;
}

总结

1.锁的状态变化？

锁由state表示，初始状态为0。线程初次获取到锁，则将state由0改为1，锁拥有者为当前线程。线程重入获取到锁，依旧将state状态加1，每次重入都加1。

退出临界区state就减1，最终直至0，锁释放，锁拥有者为null。

2.非公平锁获取锁和公平获取锁过程的区别?

非公平lock：

①先进行一次CAS抢占获取锁，成功则返回，失败则进入等待队列。

②入队列前，可能此时锁已被释放，先进行一次CAS获取锁，成功则返回。失败将线程封装成节点加入队列尾部，并中断线程。

公平lock:

①直接进入等待队列。

②入队列前，可能此时锁已被释放，先进行一次获取锁操作。过程是：判断是否有前驱节点，如果有前驱，根据FIFO必然前驱更应优先获取锁，因此获取锁失败。若无前驱，则再通过CAS获取锁，成功则返回，失败将线程封装成节点加入队列尾部，并中断线程。

参考：

五月的仓颉 ReentrantLock实现原理深入探究

活在梦里 AQS源码解读