在面試肠套，很多時(shí)間面試官都會(huì)問到鎖的問題舰涌，ReentrantLock也是常問一個(gè)點(diǎn)，但具體會(huì)問什么呢?在網(wǎng)上收集到一些問題：

• 重入鎖是什么你稚？

• 公平鎖和非公平鎖是什么瓷耙？有什么區(qū)別？

• ReentrantLock::lock公平鎖模式現(xiàn)實(shí)

• ReentrantLock如何實(shí)現(xiàn)公平鎖刁赖？

• ReentrantLock如何實(shí)現(xiàn)可重入搁痛？

• ReentrantLock公平鎖模式與非公平鎖獲取鎖的區(qū)別?

• ReentrantLock::unlock()釋放鎖，如何喚醒等待隊(duì)列中的線程宇弛？

• ReentrantLock除了可重入還有哪些特性鸡典？

• ReentrantLock與Synchrionized的區(qū)別

• ReentrantLock使用場(chǎng)景

那么重入鎖是什么？有什么用呢

ReentrantLock是什么枪芒？

ReentrantLock是個(gè)典型的獨(dú)占模式AQS彻况，同步狀態(tài)為0時(shí)表示空閑。當(dāng)有線程獲取到空閑的同步狀態(tài)時(shí)舅踪，它會(huì)將同步狀態(tài)加1纽甘，將同步狀態(tài)改為非空閑，于是其他線程掛起等待硫朦。在修改同步狀態(tài)的同時(shí)贷腕，并記錄下自己的線程，作為后續(xù)重入的依據(jù)咬展，即一個(gè)線程持有某個(gè)對(duì)象的鎖時(shí)泽裳，再次去獲取這個(gè)對(duì)象的鎖是可以成功的。如果是不可重入的鎖的話破婆，就會(huì)造成死鎖涮总。

ReentrantLock會(huì)涉及到公平鎖和非公平鎖，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于成員變量 sync 的實(shí)現(xiàn)不同,這是鎖實(shí)現(xiàn)互斥同步的核心祷舀。

//公平鎖和非公平鎖的變量
private final Sync sync;
//父類
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {}
//公平鎖子類
static final class FairSync extends Sync {}
//非公平鎖子類
static final class NonfairSync extends Sync {}

那公平鎖和非公平鎖是什么瀑梗？有什么區(qū)別烹笔？

那公平鎖和非公平鎖是什么？有什么區(qū)別抛丽？

公平鎖是指當(dāng)鎖可用時(shí),在鎖上等待時(shí)間最長(zhǎng)的線程將獲得鎖的使用權(quán)谤职，即先進(jìn)先出。而非公平鎖則隨機(jī)分配這種使用權(quán)亿鲜，是一種搶占機(jī)制允蜈，是隨機(jī)獲得鎖，并不是先來的一定能先得到鎖蒿柳。

ReentrantLock提供了一個(gè)構(gòu)造方法饶套，可以實(shí)現(xiàn)公平鎖或非公平鎖:

public ReentrantLock(boolean fair) {
   sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

雖然公平鎖在公平性得以保障，但因?yàn)楣降墨@取鎖沒有考慮到操作系統(tǒng)對(duì)線程的調(diào)度因素以及其他因素垒探，會(huì)影響性能妓蛮。

雖然非公平模式效率比較高，但是非公平模式在申請(qǐng)獲取鎖的線程足夠多,那么可能會(huì)造成某些線程長(zhǎng)時(shí)間得不到鎖圾叼，這就是非公平鎖的“饑餓”問題蛤克。

但大部分情況下我們使用非公平鎖，因?yàn)槠湫阅鼙裙芥i好很多褐奥。但是公平鎖能夠避免線程饑餓咖耘，某些情況下也很有用。

接下來看看ReentrantLock公平鎖的實(shí)現(xiàn)：

ReentrantLock::lock公平鎖模式實(shí)現(xiàn)

image

首先需要在構(gòu)建函數(shù)中傳入 true 創(chuàng)建好公平鎖

ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock(true);

調(diào)用 lock() 進(jìn)行上鎖撬码，直接 acquire(1) 上鎖

public void lock() {
   // 調(diào)用的sync的子類FairSync的lock()方法：ReentrantLock.FairSync.lock()
   sync.lock();
}
final void lock() {
   // 調(diào)用AQS的acquire()方法獲取鎖儿倒，傳的值為1
   acquire(1);
}

直接嘗試獲取鎖，

// AbstractQueuedSynchronizer.acquire()
public final void acquire(int arg) {
   // 嘗試獲取鎖
   // 如果失敗了呜笑，就排隊(duì)
   if (!tryAcquire(arg) &&
       // 注意addWaiter()這里傳入的節(jié)點(diǎn)模式為獨(dú)占模式
       acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
       selfInterrupt();
}

具體獲取鎖流程

• getState() 獲取同步狀態(tài) state ****值夫否，進(jìn)行判斷是否為0 ：

  image

• 如果狀態(tài)變量的值為0，說明暫時(shí)還沒有人占有鎖叫胁， 使用hasQueuedPredecessors()保證了不論是新的線程還是已經(jīng)排隊(duì)的線程都順序使用鎖凰慈，如果沒有其它線程在排隊(duì)，那么當(dāng)前線程嘗試更新state的值為1驼鹅，并自己設(shè)置到exclusiveOwnerThread變量中微谓，供后續(xù)自己可重入獲取鎖作準(zhǔn)備。

• 如果exclusiveOwnerThread中為當(dāng)前線程說明本身就占有著鎖输钩，現(xiàn)在又嘗試獲取鎖豺型，需要將狀態(tài)變量的值 state+1

// ReentrantLock.FairSync.tryAcquire()
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
   final Thread current = Thread.currentThread();
   int c = getState();
   // 狀態(tài)變量的值為0，說明暫時(shí)還沒有線程占有鎖
   if (c == 0) {
       // hasQueuedPredecessors()保證了不論是新的線程還是已經(jīng)排隊(duì)的線程都順序使用鎖
       if (!hasQueuedPredecessors() &&
           compareAndSetState(0, acquires)) {
           // 當(dāng)前線程獲取了鎖买乃，并將本線程設(shè)置到exclusiveOwnerThread變量中姻氨，
           //供后續(xù)自己可重入獲取鎖作準(zhǔn)備
           setExclusiveOwnerThread(current);
           return true;
      }
  }
   
   // 之所以說是重入鎖，就是因?yàn)樵讷@取鎖失敗的情況下剪验，還會(huì)再次判斷是否當(dāng)前線程已經(jīng)持有鎖了
   else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
       int nextc = c + acquires;
       if (nextc < 0)
           throw new Error("Maximum lock count exceeded");
       // 設(shè)置到state中
       // 因?yàn)楫?dāng)前線程占有著鎖肴焊，其它線程只會(huì)CAS把state從0更新成1前联，是不會(huì)成功的
       // 所以不存在競(jìng)爭(zhēng)，自然不需要使用CAS來更新
       setState(nextc);
       return true;
  }
   return false;
}

如果獲取失敗加入隊(duì)列里娶眷，那具體怎么處理呢似嗤？通過自旋的方式，隊(duì)列中線程不斷進(jìn)行嘗試獲取鎖操作届宠，中間是可以通過中斷的方式打斷双谆，

• 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)為head節(jié)點(diǎn)，則說明輪到自己獲取鎖了席揽，調(diào)用 tryAcquire() 方法再次嘗試獲取鎖

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
   boolean failed = true;
   try {
       boolean interrupted = false;
       // 自旋
       for (;;) {
           // 當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)，
           final Node p = node.predecessor();
           // 如果當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)為head節(jié)點(diǎn)谓厘，則說明輪到自己獲取鎖了
           // 調(diào)用ReentrantLock.FairSync.tryAcquire()方法再次嘗試獲取鎖
           if (p == head && tryAcquire(arg)) {
               setHead(node);
               p.next = null; // help GC
               // 未失敗
               failed = false;
               return interrupted;
          }
           // 是否需要阻塞
           if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
               parkAndCheckInterrupt())
               interrupted = true;
      }
  } finally {
     
       if (failed)
             // 如果失敗了幌羞，取消獲取鎖
           cancelAcquire(node);
  }
}

• 當(dāng)前的Node的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)不是Head,是需要判斷是否需要阻塞，以及尋找安全點(diǎn)掛起竟稳。

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
   // 上一個(gè)節(jié)點(diǎn)的等待狀態(tài)
   int ws = pred.waitStatus;
   // 等待狀態(tài)為SIGNAL(等待喚醒)属桦，直接返回true
   if (ws == Node.SIGNAL)
       return true;
   // 前一個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)大于0，已取消狀態(tài)
   if (ws > 0) {
       // 把前面所有取消狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)都從鏈表中刪除
       do {
           node.prev = pred = pred.prev;
      } while (pred.waitStatus > 0);
       pred.next = node;
  } else {
       // 前一個(gè)Node的狀態(tài)小于等于0他爸，則把其狀態(tài)設(shè)置為等待喚醒
       compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
  }
   return false;
}

在看完獲取鎖的流程聂宾，那么你知道ReentrantLock如何實(shí)現(xiàn)公平鎖了嗎？其實(shí)就是在 tryAcquire() 的實(shí)現(xiàn)中诊笤。

ReentrantLock如何實(shí)現(xiàn)公平鎖系谐？

在 tryAcquire() 的實(shí)現(xiàn)中使用了 hasQueuedPredecessors() 保證了線程先進(jìn)先出FIFO的使用鎖，不會(huì)產(chǎn)生"饑餓"問題讨跟，

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    // 狀態(tài)變量的值為0纪他，說明暫時(shí)還沒有線程占有鎖
    if (c == 0) {
        // hasQueuedPredecessors()保證了不論是新的線程還是已經(jīng)排隊(duì)的線程都順序使用鎖
        if (!hasQueuedPredecessors() &&
            compareAndSetState(0, acquires)) {
          ....
        }
        ...
    }
}
public final boolean hasQueuedPredecessors() {
        Node t = tail;
        Node h = head;
        Node s;
        return h != t &&
            ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
    }

tryAcquire都會(huì)檢查CLH隊(duì)列中是否仍有前驅(qū)的元素，如果仍然有那么繼續(xù)等待晾匠，通過這種方式來保證先來先服務(wù)的原則茶袒。

那這樣ReentrantLock如何實(shí)現(xiàn)可重入？是怎么重入的凉馆？

ReentrantLock如何實(shí)現(xiàn)可重入薪寓？

其實(shí)也很簡(jiǎn)單，在獲取鎖后澜共，設(shè)置一個(gè)標(biāo)識(shí)變量為當(dāng)前線程 exclusiveOwnerThread 向叉，當(dāng)線程再次進(jìn)入判斷 exclusiveOwnerThread 變量是否等于本線程來判斷.

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
  
    // 狀態(tài)變量的值為0，說明暫時(shí)還沒有線程占有鎖
    if (c == 0) {
       if (!hasQueuedPredecessors() &&
            compareAndSetState(0, acquires)) {
            // 當(dāng)前線程獲取了鎖咳胃，并將本線程設(shè)置到exclusiveOwnerThread變量中植康，
            //供后續(xù)自己可重入獲取鎖作準(zhǔn)備
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    } //之所以說是重入鎖，就是因?yàn)樵讷@取鎖失敗的情況下展懈，還會(huì)再次判斷是否當(dāng)前線程已經(jīng)持有鎖了
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        ...
    }
   
}

當(dāng)看完公平鎖獲取鎖的流程销睁，那其實(shí)我們也了解非公平鎖獲取鎖供璧，那我們來看看。

ReentrantLock公平鎖模式與非公平鎖獲取鎖的區(qū)別冻记？

其實(shí)非公平鎖獲取鎖獲取區(qū)別主要在于:

• 構(gòu)建函數(shù)中傳入 false 或者為null睡毒，為創(chuàng)建非公平鎖 NonfairSync , true 創(chuàng)建公平鎖，

• 非公平鎖在獲取鎖的時(shí)候冗栗，先去檢查 state 狀態(tài)演顾，再直接執(zhí)行 aqcuire(1) ，這樣可以提高效率隅居，

final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1))
                //修改同步狀態(tài)的值成功的話钠至，設(shè)置當(dāng)前線程為獨(dú)占的線程
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                //獲取鎖
                acquire(1);
        }

• 在 tryAcquire() 中沒有 hasQueuedPredecessors() 保證了不論是新的線程還是已經(jīng)排隊(duì)的線程都順序使用鎖。

其他功能都類似胎源。在理解了獲取鎖下棉钧，我們更好理解ReentrantLock::unlock()鎖的釋放，也比較簡(jiǎn)單涕蚤。

ReentrantLock::unlock()釋放鎖宪卿，如何喚醒等待隊(duì)列中的線程？

• 釋放當(dāng)前線程占用的鎖

protected final boolean tryRelease(int releases) {
    // 計(jì)算釋放后state值
    int c = getState() - releases;
    // 如果不是當(dāng)前線程占用鎖,那么拋出異常
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    boolean free = false;
    if (c == 0) {
        // 鎖被重入次數(shù)為0,表示釋放成功
        free = true;
        // 清空獨(dú)占線程
        setExclusiveOwnerThread(null);
    }
    // 更新state值
    setState(c);
    return free;
}

• 若釋放成功万栅，就需要喚醒等待隊(duì)列中的線程 佑钾，先查看頭結(jié)點(diǎn)的狀態(tài)是否為SIGNAL，如果是則喚醒頭結(jié)點(diǎn)的下個(gè)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的線程烦粒，如果釋放失敗那么返回false表示解鎖失敗休溶。

• 設(shè)置waitStatus為0，

• 當(dāng)頭結(jié)點(diǎn)下一個(gè)節(jié)點(diǎn)不為空的時(shí)候扰她，會(huì)直接喚醒該節(jié)點(diǎn)邮偎，如果該節(jié)點(diǎn)為空，則會(huì)隊(duì)尾開始向前遍歷义黎，找到最后一個(gè)不為空的節(jié)點(diǎn)禾进，然后喚醒。

private void unparkSuccessor(Node node) {
    int ws = node.waitStatus;
    if (ws < 0)
    compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
    Node s = node.next;//這里的s是頭節(jié)點(diǎn)（現(xiàn)在是頭節(jié)點(diǎn)持有鎖）的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)廉涕，也就是期望喚醒的節(jié)點(diǎn)
    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)
      LockSupport.unpark(s.thread); //喚醒s代表的線程
}

綜合上面的ReentrantLock的可重入泻云，可實(shí)現(xiàn)公平\非公平鎖的特性外，還具有哪些特性狐蜕？

ReentrantLock除了可重入還有哪些特性宠纯？

• 支持線程中斷，只是在線程上增加一個(gè)中斷標(biāo)志 interrupted 层释，并不會(huì)對(duì)運(yùn)行中的線程有什么影響婆瓜，具體需要根據(jù)這個(gè)中斷標(biāo)志干些什么，用戶自己去決定。比如廉白，實(shí)現(xiàn)了等待鎖的時(shí)候个初，5秒沒有獲取到鎖，中斷等待猴蹂，線程繼續(xù)做其它事情院溺。

• 超時(shí)機(jī)制，在 ReetrantLock::tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 提供了超時(shí)獲取鎖的功能磅轻。它的語義是在指定的時(shí)間內(nèi)如果獲取到鎖就返回true珍逸，獲取不到則返回false。這種機(jī)制避免了線程無限期的等待鎖釋放聋溜。

ReentrantLock與Synchrionized的區(qū)別

• ReentrantLock支持等待可中斷谆膳，可以中斷等待中的線程

• ReentrantLock可實(shí)現(xiàn)公平鎖

• ReentrantLock可實(shí)現(xiàn)選擇性通知，即可以有多個(gè)Condition隊(duì)列

ReentrantLock使用場(chǎng)景

• 場(chǎng)景1：如果已加鎖撮躁，則不再重復(fù)加鎖摹量，多用于進(jìn)行非重要任務(wù)防止重復(fù)執(zhí)行，如馒胆，清除無用臨時(shí)文件，檢查某些資源的可用性凝果，數(shù)據(jù)備份操作等

• 場(chǎng)景2：如果發(fā)現(xiàn)該操作已經(jīng)在執(zhí)行祝迂，則嘗試等待一段時(shí)間，等待超時(shí)則不執(zhí)行器净，防止由于資源處理不當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間占用導(dǎo)致死鎖情況

• 場(chǎng)景3：如果發(fā)現(xiàn)該操作已經(jīng)加鎖，則等待一個(gè)一個(gè)加鎖，主要用于對(duì)資源的爭(zhēng)搶（如：文件操作逞刷，同步消息發(fā)送冰木，有狀態(tài)的操作等）

• 場(chǎng)景4：可中斷鎖，取消正在同步運(yùn)行的操作浪慌，來防止不正常操作長(zhǎng)時(shí)間占用造成的阻塞