ReentrantLock原理

### Java `ReentrantLock` 工作原理 #### 1. 概述 `ReentrantLock` 是 Java 并发包 `java.util.concurrent.locks` 中提供的一种可重入的互斥锁，支持公平锁和非公平锁两种模式。它提供了比 `synchronized` 更加灵活的锁机制，允许手动控制锁的获取和释放[^3]。 #### 2. 核心特性 - **可重入性**：线程可以多次获取同一把锁而不会发生死锁。每次获取锁时，内部的计数器会递增；每次释放锁时，计数器会递减。当计数器为零时，锁才真正被释放[^3]。 - **公平性和非公平性**：可以通过构造函数指定是否启用公平锁。公平锁按照请求锁的顺序分配锁，而非公平锁允许插队，可能会导致部分线程长期等待[^3]。 - **锁的中断**：`ReentrantLock` 支持在尝试获取锁时响应线程中断，这是 `synchronized` 所不具备的功能。 #### 3. 实现原理 ##### 3.1 基于 AQS 的实现 `ReentrantLock` 的核心是基于 `AbstractQueuedSynchronizer`（AQS）框架实现的。AQS 提供了一个 FIFO 队列用于管理线程的等待和唤醒过程[^4]。 - **状态字段 (`state`)**：AQS 使用一个 `volatile int` 类型的状态字段表示锁的状态。对于 `ReentrantLock`，该字段记录了锁的持有次数。如果线程成功获取锁，`state` 会递增；释放锁时，`state` 会递减[^5]。 - **独占模式**：`ReentrantLock` 使用 AQS 的独占模式来实现锁的获取和释放。只有当前线程持有锁时，其他线程才会被阻塞[^4]。 ##### 3.2 锁的获取与释放 - **锁的获取**： - 当线程尝试获取锁时，首先检查 `state` 是否为零。如果为零且线程能够成功 CAS 更新 `state`，则表示线程成功获取锁[^4]。 - 如果 `state` 不为零，线程会进一步检查当前锁是否已经被自己持有。如果是，则递增 `state` 并继续执行[^5]。 - 如果锁被其他线程持有，当前线程会被加入到 AQS 的同步队列中，并进入等待状态[^4]。 - **锁的释放**： - 线程释放锁时，会递减 `state`。如果 `state` 减至零，则表示锁已被完全释放，此时会唤醒同步队列中的下一个线程[^5]。 - 在释放锁的过程中，`tryRelease` 方法会检查释放锁的线程是否为锁的持有者。如果不是，则抛出异常[^5]。 ##### 3.3 公平锁与非公平锁 - **公平锁**：在公平锁模式下，线程严格按照请求锁的顺序获取锁。AQS 的同步队列确保了线程的 FIFO 行为。 - **非公平锁**：非公平锁允许插队。线程在尝试获取锁时，即使队列中有其他线程等待，也可能直接通过 CAS 操作获取锁。 #### 4. 示例代码 以下是一个简单的 `ReentrantLock` 使用示例： ```java import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class ReentrantLockExample { private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); public void performTask() { lock.lock(); // 获取锁 try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is performing the task."); } finally { lock.unlock(); // 释放锁 } } public static void main(String[] args) { ReentrantLockExample example = new ReentrantLockExample(); Thread t1 = new Thread(example::performTask, "Thread-1"); Thread t2 = new Thread(example::performTask, "Thread-2"); t1.start(); t2.start(); } } ``` #### 5. 注意事项 - 必须确保在 `finally` 块中释放锁，以避免因异常导致锁未被释放的问题。 - 使用 `ReentrantLock` 时需要显式调用 `lock()` 和 `unlock()` 方法，这可能会增加代码的复杂性[^3]。