阿粉写了八千多字，就是为了把 ReentrantLock 讲透

 ReentrantLock 是可重入锁

啥是可重入锁呢?比如：线程 1 通过调用 lock() 方法获取锁之后，再调用 lock 时，就不会再进行阻塞获取锁，而是直接增加重试次数。

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还记得 synchronized 吗?它有 monitorenter 和 monitorexit 两种指令来保证锁，而它们的作用可以理解为每个锁对象拥有一个锁计数器，也就是如果再次调用 lock() 方法，计数器会进行加 1 操作

所以， synchronized 和 ReentrantLock 都是可重入锁

ReentrantLock 与 synchronized 区别

既然 synchronized 和 ReentrantLock 都是可重入锁，那 ReentrantLock 与 synchronized 有什么区别呢?

synchronized 是 Java 语言层面提供的语法，所以不需要考虑异常;ReentrantLock 是 Java 代码实现的锁，所以必须先要获取锁，然后再正确释放锁

synchronized 在获取锁时必须一直等待没有额外的尝试机制;ReentrantLock 可以尝试获取锁(这一点等下分析源码时会看到)

ReentrantLock 支持获取锁时的公平和非公平选择

不 BB 了，直接上源码

lock & NonfairSync & FairSync 详解

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

其中， sync 是 ReentrantLock 的静态内部类，它继承 AQS 来实现重入锁的逻辑， Sync 有两个具体实现类: NonfairSync 和 FairSync

NonfairSync

先来看一下 NonfairSync :

static final class NonfairSync extends Sync { 
    private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L; 
 
    /** 
    * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal 
    * acquire on failure. 
    */ 
    // 重写 Sync 的 lock 方法 
    final void lock() { 
     // 先不管其他,上来就先 CAS 操作,尝试抢占一下锁 
        if (compareAndSetState(0, 1)) 
         // 如果抢占成功,就获得了锁 
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); 
        else 
         // 没有抢占成功,调用 acquire() 方法,走里面的逻辑 
            acquire(1); 
    } 
 // 重写了 AQS 的 tryAcquire 方法 
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) { 
        return nonfairTryAcquire(acquires); 
    } 
} 

FairSync

接下来看一下 FairSync :

static final class FairSync extends Sync { 
    private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L; 
 
 // 重写 Sync 的 lock 方法 
    final void lock() { 
        acquire(1); 
    } 
 
    /** 
    * Fair version of tryAcquire.  Don't grant access unless 
    * recursive call or no waiters or is first. 
    */ 
    // 重写了 Sync 的 tryAcquire 方法 
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) { 
     // 获取当前执行的线程 
        final Thread current = Thread.currentThread(); 
        // 获取 state 的值 
        int c = getState(); 
        // 在无锁状态下 
        if (c == 0) { 
         // 没有前驱节点且替换 state 的值成功时 
            if (!hasQueuedPredecessors() && 
                compareAndSetState(0, acquires)) { 
                // 保存当前获得锁的线程,下次再来时,就不需要尝试竞争锁,直接重入即可 
                setExclusiveOwnerThread(current); 
                return true; 
            } 
        } 
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { 
         // 如果是同一个线程来获得锁,直接增加重入次数即可 
            int nextc = c + acquires; 
            // nextc 小于 0 ,抛异常 
            if (nextc < 0) 
                throw new Error("Maximum lock count exceeded"); 
            setState(nextc); 
            // 获取锁成功 
            return true; 
        } 
        // 获取锁失败 
        return false; 
    } 
} 

总结 NonfairSync 与 FairSync

到这里，应该就比较清楚了， Sync 有两个具体的实现类，分别是:

• NonfairSync :可以抢占锁，调用 NonfairSync 时，不管当前队列上有没有其他线程在等待，上来我就先 CAS 操作一番，成功了就获得了锁，没有成功就走 acquire 的逻辑;在释放锁资源时，走的是 Sync.nonfairTryAcquire 方法
• FairSync :所有线程按照 FIFO 来获取锁，在 lock 方法中，没有 CAS 尝试，直接就是 acquire 的逻辑;在释放资源时，走的是自己的 tryAcquire 逻辑

接下来咱们看看 NonfairSync 和 FairSync 是如何获取锁的

ReentrantLock 获取锁

NonfairSync.lock()

在 NonfairSync 中，获取锁的方法是:

final void lock() { 
 // 不管别的,上来就先 CAS 操作,尝试抢占一下锁 
    if (compareAndSetState(0, 1)) 
     // 如果抢占成功,就获得了锁 
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); 
    else 
     // 没有抢占成功,调用 acquire() 方法,走里面的逻辑 
        acquire(1); 
} 

if 里面没啥说的，咱们来看看 acquire() 方法

AQS.acquire()

acquire 是 AQS 的核心方法：

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

在这里，会先 tryAcquire 去尝试获取锁，如果获取成功，那就返回 true ，如果失败就通过 addWaiter 方法，将当前线程封装成 Node 插入到等待队列中

先来看 tryAcquire 方法:

NonfairSync.tryAcquire(arg)

在 AQS 中 tryAcquire 方法没有具体实现，只是抛出了异常:

protected boolean tryAcquire(int arg) { 
    throw new UnsupportedOperationException(); 
} 

NonfairSync 中的 tryAcquire() 方法，才是我们想要看的:

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { 
 // 获取当前执行的线程 
    final Thread current = Thread.currentThread(); 
    // 获取 state 的值 
    int c = getState(); 
    // 当 state 为 0 是,说明此时为无锁状态 
    if (c == 0) { 
     // CAS 替换 state 的值,如果 CAS 成功,则获取锁成功 
        if (compareAndSetState(0, acquires)) { 
         // 保存当前获得锁的线程,当该线程再次获得锁时,直接重入即可 
            setExclusiveOwnerThread(current); 
            return true; 
        } 
    } 
    // 判断是否是同一个线程来竞争锁 
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { 
     // 如果是,直接增加重入次数 
        int nextc = c + acquires; 
        if (nextc < 0) // overflow 
            throw new Error("Maximum lock count exceeded"); 
        setState(nextc); 
        // 获取锁成功 
        return true; 
    } 
    // 获取锁失败 
    return false; 
} 

有没有一种似曾相识的赶脚?在 FairSync 那里，分析过 90% 的代码(好像说分析过 99% 的代码也不过分)，只是 FairSync 多了一个判断就是，是否有前驱节点

tryAcquire 分析完毕了，接下来看 addWaiter 方法

AQS.addWaiter

如果 tryAcquire() 方法获取锁成功，那就直接执行线程的任务就可以了，执行完毕释放锁

如果获取锁失败，就会调用 addWaiter 方法，将当前线程插入到等待队列中，插入的逻辑大概是这样的:

• 将当前线程封装成 Node 节点
• 当前链表中 tail 节点(也就是下面的 pred )是否为空，如果不为空，则 CAS 操作将当前线程的 node 添加到 AQS 队列
• 如果为空，或者 CAS 操作失败，则调用 enq 方法，再次自旋插入

咱们看具体的代码实现:

private Node addWaiter(Node mode) { 
 // 生成该线程所对应的 Node 节点 
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); 
    // 将 Node 插入队列中 
    Node pred = tail; 
    // 如果 pred 不为空 
    if (pred != null) { 
        node.prev = pred; 
        // 使用 CAS 操作,如果成功就返回 
        if (compareAndSetTail(pred, node)) { 
            pred.next = node; 
            return node; 
        } 
    } 
    // 如果 pred == null 或者 CAS 操作失败,则调用 enq 方法再次自旋插入 
    enq(node); 
    return node; 
} 
 
// 自旋 CAS 插入等待队列 
private Node enq(final Node node) { 
    for (;;) { 
        Node t = tail; 
        if (t == null) { // Must initialize 
         // 必须初始化,使用 CAS 操作进行初始化 
            if (compareAndSetHead(new Node())) 
             // 初始化状态时,头尾节点指向同一节点 
                tail = head; 
        } else { 
            node.prev = t; 
            // 如果刚开始就是初始化好的,直接 CAS 操作,将 Node 插入到队尾即可 
            if (compareAndSetTail(t, node)) { 
                t.next = node; 
                return t; 
            } 
        } 
    } 
} 

AQS.acquireQueued

通过 addWaiter 将当前线程加入到队列中之后，会走 acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg) 方法

acquireQueued 方法实现的主要逻辑是:

• 获取当前节点的前驱节点 p
• 如果节点 p 为 head 节点，说明当前节点为第二个节点，那么它就可以尝试获取锁，调用 tryAcquire 方法尝试进行获取
• 调用 tryAcquire 方法获取锁成功之后，就将 head 指向自己，原来的节点 p 就需要从队列中删除
• 如果获取锁失败，则调用 shouldParkAfterFailedAcquire 或者 parkAndCheckInterrupt 方法来决定后面操作

最后，通过 cancelAcquire 方法取消获得锁 看具体的代码实现:

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { 
    boolean failed = true; 
    try { 
        boolean interrupted = false; 
        for (;;) { 
            final Node p = node.predecessor(); 
            // 如果 Node 的前驱节点 p 是 head,说明 Node 是第二个节点,那么它就可以尝试获取锁 
            if (p == head && tryAcquire(arg)) { 
             // 如果锁获取成功,则将 head 指向自己 
                setHead(node); 
                // 锁获取成功之后,将 next 指向 null ,即将节点 p 从队列中移除 
                p.next = null; // help GC 
                failed = false; 
                return interrupted; 
            } 
            // 节点进入等待队列后,调用 shouldParkAfterFailedAcquire 或者 parkAndCheckInterrupt 方法 
            // 进入阻塞状态,即只有头结点的线程处于活跃状态 
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && 
                parkAndCheckInterrupt()) 
                interrupted = true; 
        } 
    } finally { 
        if (failed) 
            cancelAcquire(node); 
    } 
} 

shouldParkAfterFailedAcquire

线程获取锁失败之后，会通过调用 shouldParkAfterFailedAcquire 方法，来决定这个线程要不要挂起

shouldParkAfterFailedAcquire 方法实现的主要逻辑:

• 首先判断 pred 的状态是否为 SIGNAL ，如果是，则直接挂起即可
• 如果 pred 的状态大于 0 ，说明该节点被取消了，那么直接从队列中移除即可
• 如果 pred 的状态不是 SIGNAL 也不大于 0 ，进行 CAS 操作修改节点状态为 SIGNAL ，返回 false ，也就是不需要挂起

看一下代码是如何实现的:

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) { 
 // 获取 pred 的状态 
    int ws = pred.waitStatus; 
    // 如果状态为 SIGNAL ,那么直接返回 true ,挂起线程即可 
    if (ws == Node.SIGNAL) 
        return true; 
    // 如果状态大于 0 ,说明线程被取消 
    if (ws > 0) { 
     // 从链表中移除被 cancel 的线程,使用循环来保证移除成功 
        do { 
            node.prev = pred = pred.prev; 
        } while (pred.waitStatus > 0); 
        pred.next = node; 
    } else { 
     // CAS 操作修改 pred 节点状态为 SIGNAL 
        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL); 
    } 
    // 不需要挂起线程 
    return false; 
} 

到这里，关于 NonfairSync 的获取锁就结束了

接下来咱们看看 FairSync 的获取锁和它有什么不同

FairSync.lock()

在 FairSync.lock() 方法中是这样的:

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

因为 FairSync 是公平锁，所以不存在 CAS 操作去竞争，直接就是调用 acquire 方法

接下来的逻辑就和上面一样了，这里我就不重复了

咱们瞅瞅 ReentrantLock 是怎么释放锁的

ReentrantLock 释放锁

在 ReentrantLock 释放锁时，调用的是 sync.release() 方法:

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

点进去发现调用的是 AQS 的 release 方法

AQS.release()

AQS 的 release 方法比较好理解，就直接看源码了:

public final boolean release(int arg) { 
 // 如果释放锁成功 
    if (tryRelease(arg)) { 
     // 获取 AQS 队列的头结点 
        Node h = head; 
        // 如果头结点不为空,且状态 != 0 
        if (h != null && h.waitStatus != 0) 
         // 调用 unparkSuccessor 方法唤醒后续节点 
            unparkSuccessor(h); 
        return true; 
    } 
    return false; 
} 

ReentrantLock.tryRelease()

在 AQS 中的 tryRelease 方法，只是抛出了异常而已，说明具体实现是由子类 ReentrantLock 来实现的

就直接看 ReentrantLock 中的 tryRelease 方法了

在 ReentrantLock 中实现 tryRelease 方法主要逻辑是:

• 首先，如果是同一个线程获取的同一个锁，那么它有可能被重入多次，所以需要获取到要释放线程的重入次数即 getState() 然后判断，该线程是否为获取到锁的线程，只有获取到锁的线程，才有释放锁一说
• 进行 unlock 释放锁，即:将 state 的值减到 0 ，才算是释放掉了锁，此时才能将 owner 置为 null 同时返回 true

看一下具体实现:

protected final boolean tryRelease(int releases) { 
    int c = getState() - releases; 
    // 判断当前线程是否为获取到锁的线程,如果不是则抛出异常 
    // 只有获取到锁的线程才释放锁 
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) 
        throw new IllegalMonitorStateException(); 
    boolean free = false; 
    // 次数为 0 ,说释放锁完毕 
    if (c == 0) { 
        free = true; 
        // 释放之后,当前线程置为 null 
        setExclusiveOwnerThread(null); 
    } 
    // 更新重入次数 
    setState(c); 
    return free; 
} 

AQS.unparkSuccessor

释放锁成功之后，接下来要做的就是唤醒后面的进程，这个方法是在 AQS 中实现的

主要逻辑是:

• 获取当前节点状态，如果小于 0 ，则置为 0
• 获取当前节点的下一个节点，如果不为空，直接唤醒
• 如果为空，或者节点状态大于 0 ，则寻找下一个状态小于 0 的节点

代码的具体实现

private void unparkSuccessor(Node node) { 
 // 获取当前节点的状态 
    int ws = node.waitStatus; 
    // 如果节点状态小于 0 ,则进行 CAS 操作设置为 0 
    if (ws < 0) 
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); 
    // 获取当前节点的下一个节点 s 
    Node s = node.next; 
    // 如果 s 为空,则从尾部节点开始,或者s.waitStatus 大于 0 ,说明节点被取消 
    // 从尾节点开始,寻找到距离 head 节点最近的一个 waitStatus <= 0 的节点 
    if (s == null || s.waitStatus > 0) { 
        s = null; 
        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) 
            if (t.waitStatus <= 0) 
                s = t; 
    } 
    if (s != null) 
     // next 节点不为空,直接唤醒即可 
        LockSupport.unpark(s.thread); 
} 

为什么要从尾节点开始寻找距离 head 节点最近的一个 waitStatus <= 0 的节点呢?

这是因为在 enq() 构建节点的方法中，最后是 t.next = node (忘了就再往上翻翻看)，设置原来的 tail 的 next 节点指向新的节点

如果在 CAS 操作之后， t.next = node 操作之前，有其他线程调用 unlock 方法从 head 开始向后遍历，因为此时 t.next = node 还没有执行结束，意味着链表的关系还没有建立好，这样就会导致遍历的时候到 t 节点这里发生中断，因为此时 tail 还没有指向新的尾节点

如果从后向前遍历的话，就不会存在这样的问题

接下来下一个线程就被唤醒了，然后程序会把它当成新的节点开始执行

而原来执行结束的线程，则会将它从队列中移除，然后开始循环循环

这篇文章终于讲完了，阿粉的头发都快秃了

参考：JDK 源码( 1.8 )