ReentrantLock的实现原理

ReentrantLock 是 Java 中基于 AQS (AbstractQueuedSynchronizer) 实现的一个可重入互斥锁。以下是其主要实现原理：

核心组件

1. AQS (AbstractQueuedSynchronizer)

• 提供了同步状态的原子性管理
• 维护一个 FIFO 的等待队列
• 实现了线程的阻塞和唤醒机制

2. Sync 内部类

• ReentrantLock 的核心同步器，继承自 AQS
• 有公平(FairSync)和非公平(NonfairSync)两种实现

关键实现机制

1. 可重入性实现

• 通过一个计数器 state 记录重入次数
• 线程第一次获取锁时，state 从 0 变为 1
• 同一线程再次获取锁时，state 递增
• 释放锁时 state 递减，直到为 0 时完全释放

2. 公平锁与非公平锁

• 非公平锁 (默认)

• 新线程可以直接尝试获取锁，可能插队
• 性能更高，但可能导致线程饥饿

• 公平锁

• 严格按照 FIFO 顺序获取锁
• 新线程必须加入队列尾部等待

3. 锁获取流程

// 非公平锁获取示例
final void lock() {
    if (compareAndSetState(0, 1)) // 先尝试直接获取
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
    else
        acquire(1); // 调用AQS的acquire方法
}

4. 锁释放流程

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;
}

与 synchronized 的区别

1. API 层面

• ReentrantLock 是显式锁，需要手动加锁解锁
• synchronized 是隐式锁，自动管理

2. 功能特性

• ReentrantLock 支持公平锁、可中断、超时等待、条件变量等
• synchronized 不支持这些高级特性

3. 性能

• 在 Java 6 及以后版本中，两者性能接近
• 高竞争情况下 ReentrantLock 可能表现更好

4. 实现层面

• synchronized 是 JVM 内置实现，基于 monitor 机制
• ReentrantLock 是 JDK 代码实现，基于 AQS

ReentrantLock 的这种实现方式使其比 synchronized 更加灵活，但也需要开发者更小心地管理锁的获取和释放，通常需要在 finally 块中确保锁被释放。