小白的 ReentrantLock 源码略谈

ReentrantLock (简称RLock) 是Java的一种锁机制。从API上看，RLock提供了公平锁与非公平锁，并提供了当前锁状态监测的一些接口。其内部是由 FairSync 与 NonFairSync 来实现锁资源的抢占与释放。下面我们来学习下其源码。

从最直白的方法入手

首先我们打开 RLock 的构造函数，源码如下：

private final Sync sync;
    public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }
    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }
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好的，很直白，根据入参构造成员变量 Sync。默认为 NonfairSync 。到这里，我们遇到了第一个新概念 Sync 。先按住好奇心，我们先找到 lock() 和 unlock() 源码。如下：

public void lock() {
        sync.lock();
    }
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }
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到这里好像有些明白了，RLock更像是对Sync的进一层封装，通过多态来实现不同的锁策略。到这里，我有个疑问，公平锁和非公平锁的策略有何不同呢？那么这样看来，啃透 Sync 是关键。

居高观下

首先我们捋一下 Sync 继承结构。IDEA里鼠标移到类声明上， Ctrl+H 即可清晰看到类的继承结构。

(简称AQS)。这个类是JDK并发包中的锁基类，定义了锁资源获取与释放的框架与基本行为。这个先略过不谈，继续贯彻第一步，从最直白的方法入手。

lock()

我们回忆一下lock的行为，我们调用来获取锁，如果其它线程已抢占到锁资源，当前线程挂起，直到当前线程获取到锁。而且RLock支持重入。 NonfairSync#lock() 与 FairSync#lock() 源码如下：

入手，源码如下：

protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
    }
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这个函数定义在 AQS 中，用于设置当前lock的状态，unsafe呢，是JDK中非常变态的一个工具类，可以直接操控实例对象所在的内存，同时提供了一些原子操作。具体的后面会再展开介绍，简而言之，这个函数可以理解为：

protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        synchronized (this.getClass()) {
            if (this.state == expect) {
                this.state = update;
                return true;
            } else {
                return false;
            }
        }
    }
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那么到这里我们好像得到了第一把钥匙： lock.state 为0时，为空闲，而上锁请求会将状态置为1，并且将 exclusiveOwnerThread 设为当前线程。

接下来，我们来看 acquire() 。继续跟踪下去， 的 acquire() 代码如下：

public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }
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唔，好像看不出来什么东西，那么继续跟下去，先从 tryAcquire 开始， NonfairSync 和 FairSync tryAcquire() 核心代码如下

源码如下：

/**
     * @return {@code true} if there is a queued thread preceding the
     *         current thread, and {@code false} if the current thread
     *         is at the head of the queue or the queue is empty
     *  两种情况返回 false：1. 当前线程在队头。2. 队列为空
     */
    public final boolean hasQueuedPredecessors() {
        Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order
        Node h = head;
        Node s;
        return h != t &&
            ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
    }
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那么我们拿到了第二把钥匙： 公平锁在获取锁之前会先去查询是否有其他人在等待这把锁，如果没有，再尝试获取。而非公平锁则不会询问

这么看来，公平锁 Peace&Love，像民谣，多愁善感，与世无争。而非公平锁 Aggressive，像Hip-Hop，张扬自我，锐意进取。 那么回到 acquire() ，还有一个函数： acquireQueued() ，源码如下：

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);
        }
    }
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忽略其他细节，我们在 parkAndCheckInterrupt() 函数中找到了 LockSupport.park(this); 。就是他了！这个函数会将指定线程挂起，直至 LockSupport.unpark(Thread) 被调用或者发生意外被操作系统 interrupt 。 至此， lock() 的链便通了。

我们再来总结一下：*** ReentrantLock 在上锁时，会根据实例化时指定的策略去获取锁，默认为非公平锁。如果上锁成功，锁状态值+1(重入，最大次数为 Integer.MAX_VALUE )，并将锁持有者设置为当前线程实例。在 Sync 内部维护了一个队列，存放了所有上锁失败的线程。公平锁在上锁前，会检查在自己前面是否还有其他线程等待，如果有就放弃竞争，继续等待。而非公平锁会抓住每个机会，不管是否前面是否还有其它线程等待，只顾上锁***

unlock()

至于锁释放，公平锁与非公平锁的行为就一样了。核心代码如下

// ReentrantLock#unlock() 释放锁资源
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }
    // Sync#release()
    public final boolean release(int arg) {
        // 重入锁，状态计数器减一，为0时释放
        if (tryRelease(arg)) { 
            Node h = head;
            // 释放锁时，从等待队列中获取线程并尝试唤醒
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                unparkSuccessor(h);
            return true;
        }
        return false;
    }
    // Sync#tryRelease() 状态计数器减一，为0时，释放锁资源，返回true
    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;
    }
    // Sync#unparkSuccessor()  唤醒等待队列中的线程，让他(们)继续抢占锁
    private void unparkSuccessor(Node node) {
        int ws = node.waitStatus;
        if (ws < 0)
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
        Node s = node.next;
        if (s == null || s.waitStatus > 0) {
            s = null;
            // 上锁时向队列尾部添加元素时，可能会导致队列处在中间状态，再从尾部遍历一次
            for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
                if (t.waitStatus <= 0)
                    s = t;
        }
        // boomya，合适的线程找到啦，将其唤醒
        if (s != null)
            LockSupport.unpark(s.thread);
    }
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总结一下： 线程在释放锁时，将状态计数器减一(重入)，当状态计数器为0时，锁可用。此时再从等待队列中寻找合适的线程唤醒，默认从队首开始，如果队列正在更新中，且未找到合适的线程，那么从队尾开始寻找。