前言

????面試題：synchronized是可重入鎖嗎戳玫？

????答案：synchronized是可重入鎖。ReentrantLock也是的未斑。

1咕宿、什么是可重入鎖呢？

????關(guān)于什么是可重入鎖蜡秽，我們先來(lái)看一段維基百科的定義府阀。

若一個(gè)程序或子程序可以“在任意時(shí)刻被中斷然后操作系統(tǒng)調(diào)度執(zhí)行另外一段代碼，這段代碼又調(diào)用了該子程序不會(huì)出錯(cuò)”芽突，則稱(chēng)其為可重入（reentrant或re-entrant）的试浙。即當(dāng)該子程序正在運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行線程可以再次進(jìn)入并執(zhí)行它寞蚌，仍然獲得符合設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)期的結(jié)果田巴。與多線程并發(fā)執(zhí)行的線程安全不同，可重入強(qiáng)調(diào)對(duì)單個(gè)線程執(zhí)行時(shí)重新進(jìn)入同一個(gè)子程序仍然是安全的挟秤。

????通俗來(lái)說(shuō)：當(dāng)線程請(qǐng)求一個(gè)由其它線程持有的對(duì)象鎖時(shí)壹哺，該線程會(huì)阻塞，而當(dāng)線程請(qǐng)求由自己持有的對(duì)象鎖時(shí)艘刚，如果該鎖是重入鎖管宵，請(qǐng)求就會(huì)成功，否則阻塞攀甚。

????再換句話說(shuō)：可重入就是說(shuō)某個(gè)線程已經(jīng)獲得某個(gè)鎖箩朴，可以再次獲取鎖而不會(huì)出現(xiàn)死鎖。

2秋度、自己寫(xiě)代碼驗(yàn)證下可重入和不可重入

????我們啟動(dòng)一個(gè)線程t1炸庞，調(diào)用addOne()方法來(lái)執(zhí)行加1操作。在addOne方法里面t1會(huì)獲得rtl鎖静陈，然后調(diào)用get()方法燕雁，在get()方法里再次請(qǐng)求獲取trl鎖。

????因?yàn)樽罱K能打印value=1鲸拥，說(shuō)明t1在第二次獲取鎖的時(shí)候并沒(méi)有阻塞。說(shuō)明ReentrantLock是可重入鎖刑赶。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantTest {
    private final Lock rtl = new ReentrantLock();
    int value = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ReentrantTest test = new ReentrantTest();
        // 新建一個(gè)線程 進(jìn)行加1操作
        Thread t1 = new Thread(() -> test.addOne());
        t1.start();
    // main線程等待t1線程執(zhí)行完
        t1.join();
        System.out.println(test.value);
    }


    public int get() {
        // 獲取鎖
        rtl.lock();
        try {
            return value;
        } finally {
            // 保證鎖能釋放
            rtl.unlock();
        }
    }

    public void addOne() {
        // 獲取鎖
        rtl.lock();
        try {
            value = 1 + get();
        } finally {
            // 保證鎖能釋放
            rtl.unlock();
        }
    }
}

????換成synchronized的加鎖方式捏浊，同樣能打印value的值。證明synchronized也是可重入鎖撞叨。

public class ReentrantTest {
    private final Object object = new Object();
    int value = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ReentrantTest test = new ReentrantTest();
        // 新建一個(gè)線程 進(jìn)行加1操作
        Thread t1 = new Thread(() -> test.addOne());
        t1.start();

        t1.join();
        System.out.println(test.value);
    }


    public int get() {
        // 再此獲取鎖
        synchronized (object) {
            return value;
        }
    }

    public void addOne() {
        // 獲取鎖
        synchronized (object) {
            value = 1 + get();
        }
    }
}

3金踪、自己如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)可重入和不可重入鎖呢

不可重入：

public class Lock{
    private boolean isLocked = false;
    public synchronized void lock()
            throws InterruptedException{
        while(isLocked){
            wait();
        }
        isLocked = true;
    }

    public synchronized void unlock(){
        isLocked = false;
        notify();
    }
} 

可重入：

public class Lock{
    boolean isLocked = false;
    Thread  lockedBy = null;
    int lockedCount = 0;
    public synchronized void lock() throws InterruptedException{
        Thread callingThread = Thread.currentThread();
        while(isLocked && lockedBy != callingThread){
            wait();
        }
        isLocked = true;
        lockedCount++;
        lockedBy = callingThread;
    }
    public synchronized void unlock(){
        if(Thread.curentThread() == this.lockedBy){
            lockedCount--;
            if(lockedCount == 0){
                isLocked = false;
                notify();
            }
        }
    }
}

????從代碼實(shí)現(xiàn)來(lái)看，可重入鎖增加了兩個(gè)狀態(tài)牵敷，鎖的計(jì)數(shù)器和被鎖的線程胡岔，實(shí)現(xiàn)基本上和不可重入的實(shí)現(xiàn)一樣，如果不同的線程進(jìn)來(lái)枷餐，這個(gè)鎖是沒(méi)有問(wèn)題的靶瘸，但是如果進(jìn)行遞歸計(jì)算的時(shí)候，如果加鎖毛肋，不可重入鎖就會(huì)出現(xiàn)死鎖的問(wèn)題怨咪。

4、ReentrantLock如何實(shí)現(xiàn)可重入的

使用ReentrantLock你要知道：
ReentrantLock支持公平和非公平2種創(chuàng)建方式润匙，默認(rèn)創(chuàng)建的是非公平模式的鎖诗眨。

看下它的構(gòu)造方法：

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

看下非公平鎖，它是繼承抽象類(lèi)Sync的:

static final class NonfairSync extends Sync {
    private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

    /**
     * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
     * acquire on failure.
     */
    final void lock() {
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            acquire(1);
    }

    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        return nonfairTryAcquire(acquires);
    }
}

看下公平鎖孕讳，它也是繼承抽象類(lèi)Sync的:

static final class FairSync extends Sync {
    private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

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

    /**
     * Fair version of tryAcquire.  Don't grant access unless
     * recursive call or no waiters or is first.
     */
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        if (c == 0) {
            if (!hasQueuedPredecessors() &&
                compareAndSetState(0, acquires)) {
                setExclusiveOwnerThread(current);
                return true;
            }
        }
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            int nextc = c + acquires;
            if (nextc < 0)
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            setState(nextc);
            return true;
        }
        return false;
    }
}

????NonfairSync匠楚、FairSync 和抽象類(lèi)Sync 都是ReentrantLock的內(nèi)部類(lèi)。

????Sync的定義厂财，它是繼承AbstractQueuedSynchronizer的油啤，AbstractQueuedSynchronizer既是我們常說(shuō)的AQS（后面我也會(huì)整理一篇）

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
}

????好了，繼承關(guān)系清楚了 蟀苛，現(xiàn)在我們看下ReentrantLock是如何實(shí)現(xiàn)可重入的

????我們?cè)赼ddOne()和get()兩個(gè)方法加鎖的地方都打上斷點(diǎn)益咬。然后開(kāi)始調(diào)式:

• addOne方法獲取鎖的時(shí)候走到NonfairSync的“compareAndSetState(0, 1)”，通過(guò)CAS設(shè)置state的值為1帜平，調(diào)用成功幽告，并設(shè)置當(dāng)前鎖被持有的線程為當(dāng)前線程t1;
  

  image.png

• 繼續(xù)調(diào)試，get方法獲取鎖的時(shí)候走到NonfairSync的“compareAndSetState(0, 1)”裆甩，通過(guò)CAS設(shè)置state的值為1冗锁，調(diào)用失敗（因?yàn)橐呀?jīng)被當(dāng)前線程t1鎖占有），走到else里面嗤栓，繼續(xù)往里看冻河。走到NonfairSync的tryAcquire方法箍邮，再往里走;
  

  image.png

• 會(huì)調(diào)用Sync抽象類(lèi)里面的nonfairTryAcquire方法。源碼解釋我都寫(xiě)在下面了叨叙。

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    // 當(dāng)前線程
    final Thread current = Thread.currentThread();
// state變量的值
    int c = getState();
// 因?yàn)閏當(dāng)前值為1锭弊，所以走else里面
    if (c == 0) {
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
// 判斷當(dāng)前線程 是不是 當(dāng)前鎖被持有的線程 ，判斷為 true
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// c + acquires = 1 + 1 = 2
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0) // overflow
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);// 將state的值賦值為2
        return true;
    }
    return false;
}

????到此擂错，可重入鎖加鎖的過(guò)程分析完畢味滞。解鎖的過(guò)程一樣，希望你能自己debug下【調(diào)用的是Sync抽象類(lèi)里面的tryRelease方法】

????我這里總結(jié)一下：

• 當(dāng)線程嘗試獲取鎖時(shí)钮呀，可重入鎖先嘗試獲取并更新state值
  如果state == 0表示沒(méi)有其他線程在執(zhí)行同步代碼剑鞍，則通過(guò)CAS把state置為1 會(huì)成功，當(dāng)前線程繼續(xù)執(zhí)行爽醋。
  如果status != 0蚁署，通過(guò)CAS把state置為1 會(huì)失敗，然后判斷當(dāng)前線程是否是獲取到這個(gè)鎖的線程蚂四，如果是的話執(zhí)行state+1形用，且當(dāng)前線程可以再次獲取鎖。

• 釋放鎖時(shí)证杭，可重入鎖同樣先獲取當(dāng)前state的值田度，在當(dāng)前線程是持有鎖的線程的前提下。
  如果status-1 == 0解愤，則表示當(dāng)前線程所有重復(fù)獲取鎖的操作都已經(jīng)執(zhí)行完畢镇饺，然后該線程才會(huì)真正釋放鎖。

????你需要注意的是state變量的定義送讲，其實(shí)AQS的實(shí)現(xiàn)類(lèi)都是通過(guò)控制state的值來(lái)控制鎖的狀態(tài)的奸笤。它被volatile所修飾，能保證可見(jiàn)性哼鬓。

private volatile int state;

????擴(kuò)展：如果要通過(guò)AQS的state來(lái)實(shí)現(xiàn)非可重入鎖怎么實(shí)現(xiàn)呢监右？明確這兩點(diǎn)就可以了：

• 獲取鎖時(shí)：去獲取并嘗試更新當(dāng)前status的值，如果status != 0的話會(huì)導(dǎo)致其獲取鎖失敗异希，當(dāng)前線程阻塞健盒。
• 釋放鎖時(shí)：在確定當(dāng)前線程是持有鎖的線程之后，直接將status置為0称簿，將鎖釋放扣癣。

5、可重入鎖的特點(diǎn)

????可重入鎖的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可一定程度避免死鎖憨降。
????可重入鎖能避免一定線程的等待父虑，可想而知可重入鎖性能會(huì)高于非可重入鎖木西。你可以寫(xiě)程序測(cè)試一下哦Ｖ恕！热押！

個(gè)人微信公眾號(hào)：“Java尖子生”膳殷，閱讀更多干貨。
<font color='red'>關(guān)注公眾號(hào)九火，領(lǐng)取學(xué)習(xí)赚窃、面試資料。加技術(shù)討論群岔激。</font>