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并发编程中经常用到的莫非是这个ReentrantLock这个类，线程获取锁和释放锁。还有一个则是synchronized，常用来多线程控制获取锁机制。
先写一个简单的例子。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 | package com.multi.thread;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class AQSDemo {
public static void main(String[] args) {
Lock lock = new ReentrantLock(true);
MyThread t1 = new MyThread("t1", lock);
MyThread t2 = new MyThread("t2", lock);
MyThread t3 = new MyThread("t3", lock);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
class MyThread extends Thread {
private Lock lock;
public MyThread(String name, Lock lock) {
super(name);
this.lock = lock;
}
@Override
public void run() {
lock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread() + " is running ");
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
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这是个简单的用ReentrantLock的代码。
知识点理解： ReentranctLock: 1) 可重入性：大致意思就是如果一个函数能被安全的重复执行，那么这个函数是可重复的。听起来很绕口。 2）可重入锁：一个线程可以重复的获取它已经拥有的锁。
特性： 1）ReentrantLock可以在不同的方法中使用。
2）支持公平锁和非公平锁概念 static final class NonfairSync extends Sync；（非公平锁） static final class FairSync extends Sync；（公平锁） 3）支持中断锁，收到中断信号可以释放其拥有的锁。 4）支持超时获取锁：tryLock方法是尝试获取锁，支持获取锁的是带上时间限制，等待一定时间就会返回。
ReentrantLock就先简单说一下AQS(AbstractQueuedSynchronizer)。java.util.concurrent包下很多类都是基于AQS作为基础开发的，Condition,BlockingQueue以及线程池使用的worker都是基于起实现的，其实就是将负杂的繁琐的并发过程封装起来，以便其他的开发工具更容易的开发。其主要通过volatile和Unsafe类的原子操作，来实现阻塞和同步。
AQS是一个抽象类，其他类主要通过重载其tryAcquire(int arg)来获取锁，和tryRelease来释放锁。
AQS不在这里做分析，会有单独的一篇文章来学习AQS。
ReentrantLock类里面主要有三个类，Sync，NonfairSync，FairSync这三个类，NonfairSync与FairSync类继承自Sync类，Sync类继承自AbstractQueuedSynchronizer抽象类。
Sync是ReentrantLock实现公平锁和非公平锁的主要实现，默认情况下ReentrantLock是非公平锁。
Lock lock = new ReentrantLock(true); ：true则是公平锁，false就是非公平锁，什么都不传也是非公平锁默认的。
非公平锁： lock.lock（）；点进去代码会进入到，ReentranctLock内部类Sync。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;
/**
* Performs {@link Lock#lock}. The main reason for subclassing
* is to allow fast path for nonfair version.
*/
abstract void lock();
......省略。
}
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这个抽象类Sync的里有一个抽象方法，lock()，供给NonfairSync，FairSync这两个实现类来实现的。这个是一个模板方法设计模式，具体的逻辑供给子类来实现。 非公平锁的lock的方法，虽然都可以自己看，但是还是粘贴出来，说一下。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | static final class NonfairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
/**
* Performs lock. Try immediate barge, backing up to normal
* acquire on failure.
*/
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
......省略
}
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其实重点看这个compareAndSetState(0,1)，这个其实一个原子操作，是cas操作来获取线程的资源的。其代表的是如果原来的值是0就将其设为1，并且返回true。其实这段代码就是设置private volatile int state;，这个状态的。 其实现原理就是通过Unsafe直接得到state的内存地址然后直接操作内存的。设置成功，就说明已经获取到了锁，如果失败的，则会进入： 1 2 3 4 5 | public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
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这个方法里，这个过程是先去判断锁的状态是否为可用，如果锁已被持有，则再判断持有锁的线程是否未当前线程，如果是则将锁的持有递增，这也是java层实现可重入性的原理。如果再次失败，则进入等待队列。就是要进去等待队列了AQS有一个内部类，是Node就是用来存放获取锁的线程信息。
AQS的线程阻塞队列是一个双向队列，提供了FiFO的特性，Head节点表示头部，tail表示尾部。 1）节点node,维护一个volatile状态，维护一个prev指向向前一个队列节点，根据前一个节点的状态来判断是否获取锁。 2）当前线程释放的时候，只需要修改自身的状态即可，后续节点会观察到这个volatile状态而改变获取锁。volatile是放在内存中的，共享的，所以前一个节点改变状态后，后续节点会看到这个状态信息。
获取锁失败后就会加入到队列里，但是有一点，不公平锁就是，每个新来的线程来获取所得时候，不是直接放入到队列尾部，而是也去cas修改state状态，看看是否获取锁成功。
总结非公平锁：
首先会尝试改变AQS的状态，改变成功了就获取锁，否则失败后再次通过判断当前的state的状态是否为0，如果为0，就再次尝试获取锁。如果state不为0，该锁已经被其他线程持有了，但是其它线程也可能也是自己啊，所以也要判断一下是否是自己获取线程，如果是则是获取成功，且锁的次数要加1，这是可重入锁，不是则加入到node阻塞队列里。加入到队列后则在for循环中通过判断当前线程状态来决定是否哟啊阻塞。可以看出在加入队列前及阻塞前多次尝试去获取锁，而避免进入线程阻塞，这是因为阻塞、唤醒都需要cpu的调度，以及上下文切换，这是个重量级的操作，应尽量避免。
公平锁： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 | FairSync类：
final void lock() {
//先去判断锁的状态，而不是直接去获取
acquire(1);
}
AQS类：
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
FairSync类：
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
//hasQueuedPredecessors判断是否有前节点，如果有就不会尝试去获取锁
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;
}
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公平锁，主要区别是：什么事都要有个先来后到，先来的有先。获取锁的时候是先看锁是否可用并且是否有节点，就是是否有阻塞队列。有的话，就是直接放入到队列尾部，而不是获取锁。
释放锁： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 | public void unlock() {
sync.release(1);
}
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return 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;
}
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释放锁是很简单的，就是先去改变state这个状态的值，改变后如果状态为0，则说明释放成功了，如果直接可重入了多次，也要释放很多次的锁。
释放过程： Head节点就是当前持有锁的线程节点，当释放锁时，从头结点的next来看，头结点的下一个节点如果不为null,且waitStatus不大于0，则跳过判断，否则从队尾向前找到最前的一个waitStatus的节点，然后通过LockSupport.unpark(s.thread)唤醒该节点线程。可以看出ReentrantLock的非公平锁只是在获取锁的时候是非公平的，如果进入到等待队列后，在head节点的线程unlock()时，会按照进入的顺序来得到唤醒，保证了队列的FIFO的特性。
参考文章： http:///2017/01/09/%E7%94%B1ReentrantLock%E5%88%86%E6%9E%90JUC%E7%9A%84%E6%A0%B8%E5%BF%83AQS/
http://www.cnblogs.com/leesf456/p/5383609.html
https://github.com/pzxwhc/MineKnowContainer/issues/16
http://www./24006.html
本文出自 “10093778” 博客，请务必保留此出处http://10103778.blog.51cto.com/10093778/1930644
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