ReentrantLock,我们称之为可重入锁。其中依赖了AbstractQueuedSynchronizer类来实现线程的同步。ReentrantLock中定义了一个Sync的同步类，源码如下：
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;
//抽象方法
abstract void lock();
//非公平，尝试获取资源
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
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;
}//独占方式，尝试释放资源，成功返回true，失败返回false
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;
}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 classfinal 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
}
}
Sync类继承了AbstractQueuedSynchronizer，简称AQS。 AQS中提供了两种锁：
- 独占锁，同一时刻只允许一个线程获得锁
/** * 独占方式，尝试获取资源，成功返回true，失败返回false * @param arg * @return */ @Override protected boolean tryAcquire(int arg) { return super.tryAcquire(arg); }/** * 独占方式，尝试释放资源，成功返回true，失败返回false * @param arg * @return */ @Override protected boolean tryRelease(int arg) { return super.tryRelease(arg); }
- 共享锁，同一时刻允许多个线程同时获得锁
/**
* 共享方式，尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待节点则返回true，否则返回false
* @param arg
* @return
*/
@Override
protected boolean tryReleaseShared(int arg) {
return super.tryReleaseShared(arg);
}/**
* 共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，
且有剩余可用资源。
* @param arg
* @return
*/
@Override
protected int tryAcquireShared(int arg) {
return super.tryAcquireShared(arg);
}核心变量
/**
* 同步状态变量
*/
private volatile int state;
- state > 0：表示有线程已经抢占到资源，但是并未释放，在重入的情况下state的值可能大于1
- state = 0：表示当前锁资源处于空闲状态
//保证多线程竞争下state的原子性
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
// See below for intrinsics setup to support this
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}ReentrantLock源码
- 当调用ReentrantLock.lock()方法实际上是调用抽象静态内部类sync.lock()方法。
public void lock() {
sync.lock();
}syanc有两个具体的实现：
公平锁，必须按照FIFO的规则来访问锁资源
static final class FairSync extends Sync { private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L; final void lock() { acquire(1); } 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; } }
非公平锁，可以不按照FIFO的规则，直接尝试获取锁资源，默认使用非公平锁static final class NonfairSync extends Sync { private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L; final void lock() { //不管当前线程是否排队，直接通过CAS抢占锁资源，如果成功则表示获取锁， //否则这调用 acquire(1)执行锁竞争的逻辑; if (compareAndSetState(0, 1)) setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); else acquire(1); }protected final boolean tryAcquire(int acquires) { return nonfairTryAcquire(acquires); } }
acquire(int i)方法源码
/**
通过tryAcquire()方法尝试获取独占锁，如果成功则返回true，否则返回false。
如果tryAcquire()方法返回false，则说明当前锁被占用，只能通过addWaiter()方法将当前线程封装成Node并添加到AQS的同步队列中
acquireQueued()方法将Node作为参数，通过自旋去尝试获取锁
*/
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}CAS实现原理
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
// 通过CAS乐观锁的方式来做比较并替换，如果当前内存中state的值和预期值expect相等，则更新为update。如果更新成功则返回true，否则返回false。
//这个操作是原子性的，不涉及state属性，也不会出现线程安全问题
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}state属性 state是AQS中的一个属性，它在不同的实现中所表达的含义是不一样的。对重入锁的实现来说，state表示同步状态，它有如下两个含义。
- 当state=0时，表示无锁状态。
- 当state>0时，表示已经有线程获得了锁，也就是说state=1，但是因为ReentrantLock允许重入，所以当同一个线程多次获得同步锁的时候，state会递增，比如重入5次，那么state=5。而在释放锁的时候，同样需要释放5次，直到state=0其他线程才有资格获得锁。
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
//获取当前线程
int c = getState();
//获取state值
if (c == 0) {//等于0表示无锁
if (compareAndSetState(0, acquires)) {//CAS比较并替换state的值，成功则表示获取锁
setExclusiveOwnerThread(current);
//保存当前获取到线程的锁，下次访问此资源不需要再次竞争锁
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {//如果是同一个线程
//则直接增加重入的次数
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}nonfairTryAcquire()方法的实现逻辑如下。
判断当前锁的状态，c==0表示无锁，在无锁状态下通过compareAndSetState()方法修改state抢占锁资源。
○ 如果抢占成功，则返回true。
○ 如果抢占失败，则返回false。
current == getExclusiveOwnerThread()，该判断说明抢占到锁的线程和当前线程是同一个线程，表示线程重入，因此直接增加重入次数并保存到state字段中
AbstractQueuedSynchronizer.addWaiter(Node mode) 当tryAcquire()方法获取锁失败以后，会先调用addWaiter()方法把当前线程封装成Node加入同步队列中；源码如下
private Node addWaiter(Node mode) {//入参mode表示当前节点的状态，传递的参数是Node.EXCLUSIVE，表示独占状态。
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
//把获取锁失败的线程封装成Node
Node pred = tail;
//tail在AQS中表示队列对尾的，默认为null
if (pred != null) {//在tail不为null的情况下，队列中表示有节点
node.prev = pred;
//把当前线程的Node的prev指向tail
if (compareAndSetTail(pred, node)) {//通过CAS把node加入AQS队列中，也就是设置为tail
pred.next = node;
//把原来tail节点的next指向当前node
return node;
}
}
enq(node);
//当tail=null时，把node添加到同步队列
return node;
}将当前线程封装成Node并进行存储，后续可以直接从节点中得到线程，再通过unpark(thread)方法来唤醒。
通过pred!=null判断当前链表是否已经完成初始化，如果已经完成初始化，则通过compareAndSetTail操作把当前线程的Node设置为tail节点，并建立双向关联。
如果链表还没初始化或者CAS添加失败（存在线程竞争），则调用enq()方法来完成添加操作。
enq()方法
private Node enq(final Node node) {
for (;
;
) {
Node t = tail;
if (t == null) { // 如果为null则调用CAS初始化。直到成功初始化
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}该方法采用了自旋锁来完成同步队列的初始化，并把当前节点添加到了同步队列中。AQS的整体结构如图：
文章图片
ReentrantLock释放锁源码分析
public void unlock() {
sync.release(1);
}public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {//释放成功
Node h = head;
//获取到AQS中的head节点
if (h != null && h.waitStatus != 0)
//如果head不为null且状态不等于0，则调用 unparkSuccessor(h)方法唤醒后续节点
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}tryRelease(int releases) 通过修改state值来释放锁
protected final boolean tryRelease(int releases) {
int c = getState() - releases;
//减去释放的次数
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
//
}
setState(c);
return free;
}独占锁在加锁时状态会加1，在释放锁时状态回减1，同一个锁可重入后，可能会递增，出现2，3，4，5这些值，只有调用unlock()方法的次数与调用lock()方法的次数相等，才会将ExclusiveOwnerThread线程设置为空，表示锁释放完毕
unparkSuccessor(Node node)唤醒同步队列中的线程
private void unparkSuccessor(Node node) {int ws = node.waitStatus;
//获取head节点的状态
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
//设置节点状态为0
Node s = node.next;
//得到head节点的下一个节点
if (s == null || s.waitStatus > 0) {
//如果下一个节点为null或者status>0，则cancelled状态
//通过从尾部节点开始扫描，找到距离head最近的一个waitStatus<=0的节点
s = null;
for (Node t = tail;
t != null && t != node;
t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
if (s != null)//如果next节点不为空，则直接唤醒这个线程
LockSupport.unpark(s.thread);
}unparkSuccessor()方法主要有两个逻辑。
- 判断当前节点的状态，如果节点状态已失效，则从tail节点开始扫描，找到离head最近且状态为SIGNAL的节点。
- 通过LockSupport.unpark()方法唤醒该节点。
为什么要从tail开始往前扫描？
这和enq()方法有关系，在enq()方法的逻辑中，把一个新节点添加到链表中的逻辑如下。
将新节点的prev指向tail。
通过CAS将tail设置为新节点，因为CAS是原子操作，所以能够保证线程的安全性。
t.next=node，目的是设置原tail的next节点指向新节点。
如果在CAS操作之后、t.next=node操作之前，存在其他线程调用unlock()方法从head开始往后遍历，由于t.next=node还没执行，所以链表的关系还没有建立完整，就会导致遍历到t节点的时候被中断。而如果从tail往前遍历，就一定不会出现这个问题。
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;
;
) {
final Node p = node.predecessor();
//返回上一个节点
if (p == head && tryAcquire(arg)) {//再次抢占锁资源
setHead(node);
p.next = null;
// help GC
failed = false;
return interrupted;
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())//唤醒，进入下一次循环
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
