ReentrantLock实现原理详解

《ReentrantLock实现原理详解》 ReentrantLock作为Java并发编程中的重要工具，相较于内置关键字`synchronized`，它提供了更灵活、更强大的锁控制能力。本文将深入探讨ReentrantLock的实现原理，包括其与`synchronized`的区别、AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的运用，以及lock()和unlock()的实现细节。 1. **synchronized与Lock的对比** - **synchronized的局限性**：虽然`synchronized`使用简单，但其在某些场景下存在局限。例如，当线程无法获取锁时会被阻塞，直至持有锁的线程释放；此外，它不具备可中断和公平性特性。这限制了其在高并发、复杂同步需求场景下的应用。 - **Lock的引入**：JDK 1.5引入了Lock接口及其实现类，如ReentrantLock，它弥补了`synchronized`的不足，支持可中断、可重入和公平/非公平策略，提供了更细粒度的控制。 2. **Lock接口与ReentrantLock** - **Lock接口**：提供了lock()、unlock()、tryLock()等方法，使得开发者能更精确地控制加锁解锁过程。使用Lock时需要注意手动释放锁，避免死锁。 - **ReentrantLock**：是Lock接口的实现，具备可重入特性，即同一线程可多次获取同一把锁，这对于递归或嵌套调用非常有用。 3. **AQS（AbstractQueuedSynchronizer）** - **AQS简介**：AQS是实现锁和同步器的抽象基础类，它通过维护一个FIFO等待队列和一个整型状态字段state来管理锁的获取和释放。很多并发工具类，如ReentrantLock、Semaphore等，都是基于AQS构建的。 - **等待队列**：AQS使用链表数据结构作为等待队列，队列中的节点代表等待锁的线程，每个节点有等待状态waitStatus。 - **state字段**：状态字段表示同步状态，对于ReentrantLock，它表示锁的重入次数。 4. **lock()与unlock()实现原理** - **基础知识**：ReentrantLock的lock()和unlock()方法依赖于AQS的同步机制。可重入性和可中断性是其关键特性。 - **NonfairSync**：ReentrantLock默认实现是非公平的，即lock()方法可能不按线程到达的顺序分配锁，这提高了整体吞吐量。 - **lock()实现**：非公平锁的lock()方法尝试使用CAS操作直接获取锁，如果失败，则会将当前线程放入等待队列。 - **unlock()实现**：释放锁时，首先检查当前线程是否为锁的所有者，然后减小state的值，如果state变为0，说明所有线程都已经释放锁，此时唤醒等待队列中的下一个线程。 5. **公平锁与超时机制** - **公平锁**：通过实现FairSync，ReentrantLock也可设置为公平锁，保证线程按照等待队列的顺序获取锁。 - **超时机制**：ReentrantLock的tryLock(long time, TimeUnit unit)方法允许设置等待时间，超时未获取到锁则返回false，这实现了锁的可等待性。 6. **总结** 了解ReentrantLock的实现原理，有助于我们在并发编程中更好地选择和使用锁，以提高程序的并发性能和可维护性。无论是synchronized还是ReentrantLock，正确理解和使用锁是并发编程的基础，也是避免线程安全问题的关键。