使用 `synchronize` 来做同步处理时，锁的获取和释放都是隐式的，实现的原理是通过编译后加上不同的机器指令来实现。 

而 ReentrantLock 就是一个普通的类，它是基于 AQS(AbstractQueuedSynchronizer)来实现的。

是一个重入锁：一个线程获得了锁之后仍然可以反复的加锁，不会出现自己阻塞自己的情况。

AQS 是 Java 并发包里实现锁、同步的一个重要的基础框架。

锁类型

ReentrantLock 分为公平锁和非公平锁，可以通过构造方法来指定具体类型：

    //默认非公平锁     public ReentrantLock() {         sync = new NonfairSync();     }          //公平锁     public ReentrantLock(boolean fair) {         sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();     } 

默认一般使用非公平锁，它的效率和吞吐量都比公平锁高的多(后面会分析具体原因)。

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获取锁

通常的使用方式如下:

    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();     public void run() {         lock.lock();         try {             //do bussiness         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         } finally {             lock.unlock();         }     } 

公平锁获取锁

首先看下获取锁的过程：

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

可以看到是使用 sync的方法，而这个方法是一个抽象方法，具体是由其子类(FairSync)来实现的，以下是公平锁的实现:

        final void lock() {             acquire(1);         }                  //AbstractQueuedSynchronizer 中的 acquire()         public final void acquire(int arg) {         if (!tryAcquire(arg) &&             acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))             selfInterrupt();     	} 

第一步是尝试获取锁(tryAcquire(arg)),这个也是由其子类实现：

        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {             final Thread current = Thread.currentThread();             int c = getState();             if (c == 0) {                 if (!hasQueuedPredecessors() &&                     compareAndSetState(0, acquires)) {                     setExclusiveOwnerThread(current);                     return true;                 }             }             else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {                 int nextc = c + acquires;                 if (nextc < 0)                     throw new Error("Maximum lock count exceeded");                 setState(nextc);                 return true;             }             return false;         }     } 

首先会判断 AQS 中的 state 是否等于 0，0 表示目前没有其他线程获得锁，当前线程就可以尝试获取锁。

注意:尝试之前会利用 hasQueuedPredecessors() 方法来判断 AQS 的队列中中是否有其他线程，如果有则不会尝试获取锁(这是公平锁特有的情况)。

如果队列中没有线程就利用 CAS 来将 AQS 中的 state 修改为1，也就是获取锁，获取成功则将当前线程置为获得锁的独占线程(setExclusiveOwnerThread(current))。

如果 state 大于 0 时，说明锁已经被获取了，则需要判断获取锁的线程是否为当前线程(ReentrantLock 支持重入)，是则需要将 state + 1，并将值更新。

写入队列

如果 tryAcquire(arg) 获取锁失败，则需要用 addWaiter(Node.EXCLUSIVE) 将当前线程写入队列中。

写入之前需要将当前线程包装为一个 Node 对象(addWaiter(Node.EXCLUSIVE))。

AQS 中的队列是由 Node 节点组成的双向链表实现的。

包装代码:

    private Node addWaiter(Node mode) {         Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);         // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure         Node pred = tail;         if (pred != null) {             node.prev = pred;             if (compareAndSetTail(pred, node)) {                 pred.next = node;                 return node;             }         }         enq(node);         return node;     }  

首先判断队列是否为空，不为空时则将封装好的 Node 利用 CAS 写入队尾，如果出现并发写入失败就需要调用 enq(node); 来写入了。

    private Node enq(final Node node) {         for (;;) {             Node t = tail;             if (t == null) { // Must initialize                 if (compareAndSetHead(new Node()))                     tail = head;             } else {                 node.prev = t;                 if (compareAndSetTail(t, node)) {                     t.next = node;                     return t;                 }             }         }     } 

这个处理逻辑就相当于自旋加上 CAS 保证一定能写入队列。

挂起等待线程

写入队列之后需要将当前线程挂起(利用acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))：

    final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {         boolean failed = true;         try {             boolean interrupted = false;             for (;;) {                 final Node p = node.predecessor();                 if (p == head && tryAcquire(arg)) {                     setHead(node);                     p.next = null; // help GC                     failed = false;                     return interrupted;                 }                 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&                     parkAndCheckInterrupt())                     interrupted = true;             }         } finally {             if (failed)                 cancelAcquire(node);         }     } 

首先会根据 node.predecessor() 获取到上一个节点是否为头节点，如果是则尝试获取一次锁，获取成功就万事大吉了。

如果不是头节点，或者获取锁失败，则会根据上一个节点的 waitStatus 状态来处理(shouldParkAfterFailedAcquire(p, node))。

waitStatus 用于记录当前节点的状态，如节点取消、节点等待等。

shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) 返回当前线程是否需要挂起，如果需要则调用 parkAndCheckInterrupt()：

    private final boolean parkAndCheckInterrupt() {         LockSupport.park(this);         return Thread.interrupted();     } 

他是利用 LockSupport 的 part 方法来挂起当前线程的，直到被唤醒。

非公平锁获取锁

公平锁与非公平锁的差异主要在获取锁：

公平锁就相当于买票，后来的人需要排到队尾依次买票，不能插队。

而非公平锁则没有这些规则，是抢占模式，每来一个人不会去管队列如何，直接尝试获取锁。

非公平锁:

        final void lock() {             //直接尝试获取锁             if (compareAndSetState(0, 1))                 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());             else                 acquire(1);         } 

公平锁:

        final void lock() {             acquire(1);         } 

还要一个重要的区别是在尝试获取锁时tryAcquire(arg)，非公平锁是不需要判断队列中是否还有其他线程，也是直接尝试获取锁：

        final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {             final Thread current = Thread.currentThread();             int c = getState();             if (c == 0) {                 //没有 !hasQueuedPredecessors() 判断                 if (compareAndSetState(0, acquires)) {                     setExclusiveOwnerThread(current);                     return true;                 }             }             else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {                 int nextc = c + acquires;                 if (nextc < 0) // overflow                     throw new Error("Maximum lock count exceeded");                 setState(nextc);                 return true;             }             return false;         } 

释放锁

公平锁和非公平锁的释放流程都是一样的：

    public void unlock() {         sync.release(1);     }          public final boolean release(int arg) {         if (tryRelease(arg)) {             Node h = head;             if (h != null && h.waitStatus != 0)             	   //唤醒被挂起的线程                 unparkSuccessor(h);             return true;         }         return false;     }          //尝试释放锁     protected final boolean tryRelease(int releases) {         int c = getState() - releases;         if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())             throw new IllegalMonitorStateException();         boolean free = false;         if (c == 0) {             free = true;             setExclusiveOwnerThread(null);         }         setState(c);         return free;     }         

首先会判断当前线程是否为获得锁的线程，由于是重入锁所以需要将 state 减到 0 才认为完全释放锁。

释放之后需要调用 unparkSuccessor(h) 来唤醒被挂起的线程。

总结

由于公平锁需要关心队列的情况，得按照队列里的先后顺序来获取锁(会造成大量的线程上下文切换)，而非公平锁则没有这个限制。

所以也就能解释非公平锁的效率会被公平锁更高。

号外

最近在总结一些 Java 相关的知识点，感兴趣的朋友可以一起维护。

地址: https://github.com/crossoverJie/Java-Interview