ReentranLock内部机制

前言

JDK给我们提供了可重入锁ReentrantLock，下面我就对它的可重入这一机制进行描述。

开始

使用ReentrantLock，如下就是一个很简单的例子。

static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

static class Task implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            System.out.println(Thread.currentThread());
            lock.unlock();
        }
}

开始学习并发包的时候我一直很奇怪它为什么叫重入锁，原来是可以执行lock()方法多次，要释放该锁，lock()方法执行了几次就要执行unlock()方法几次。
但是这又是怎么实现的呢？

细究

在lock()方法中，我们可以看到，实际上执行上锁操作的是这个sync对象。

lock()方法

Sync类

Sync是一个抽象类，它的 lock()方法是一个抽象方法，交给子类去实现， Sync有两种实现类，一个是 FairSync，另一个是 NonfairSync，这就是我们经常说的公平锁和非公平锁。为了更好地去比较这两种实现方式，先分析公平锁。

FairSync

FairSync

FairSync直接调用了 acquire(1)方法，这实际上就是要对AQS类中定义的state属性进行+1操作，而且根据继承关系， FairSync和 NonFairSync都算是AQS

acquire方法（AQS类）

在 acquire(int)方法里面，首先会尝试去获取锁，也就是执行 tryAcquire(int)方法，根据 短路效应，如果获取锁成功， tryAcquire(int)将会返回 true，取反就是 false，那么 if语句里边的 acquireQueued(Node)方法将不会执行，自此， lock操作语句执行成功，拿到锁的线程将会越过该lock语句走到临界区。
tryAcquire(int)方法在FairSync里边已经重写了，如下。

先尝试tryAcquire

tryAcquire(int)方法（FairSync类）

在该方法中，首先应该拿到当前的 state，如果 state为 0，也就是锁没有被任何线程占用，首先判断在等待队列（也就是CLH队列）中没有其他线程在当前线程前面等待（ !hasQueuedPredecessors()）没有的话就用CAS将state设置成 acquire，其实就是1。最后，把占有该锁的线程标识为当前的线程（ setExclusiveOwnerThread(current);），又是一个短路操作，设置的还是很巧妙。
然后， else if语句表示的意思是，如果有线程已经占有了该锁，那么判断当前尝试的线程是不是拥有该锁的线程，如果是的话， state+1。
最后，上述两种情况都没满足，获取失败，返回 false。
再附上相关的两个方法的代码

hasQueuedPredecessors() (AQS类)

setExclusiveOwnerThread （AQS的父类）

上面就是涉及到的方法，排队的原理很简单，在CLH队头的线程就是 有资格竞争锁的线程了，因为它能够执行接下来置换 state属性的CAS操作。

tryAcquire失败了

    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }

如若尝试失败了，那就把该线程加入CLH等待队列中了。也就是执行acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)方法。

我们先来看addWaiter(Node)方法。

enq和addWaiter

这里实际上就是向CLH队尾加入一个等待线程，因为是在多线程的情况下，需要用CAS置换成新的 tail。
在 enq(Node)方法中，使用了懒加载的模式，也就是说，如果 tail是 null，就新建一个 Node，然后CAS置换成新的Head之后，把head给tail，初始化就完成了。
初始化完成之后，就到了 else分支中，也同样是CAS置换 tail指针，最后用返回原先的节点跳出了死循环。但在 addWaiter方法中，返回的是新加入的节点。
我们已经入队了，公平锁嘛，接下来不就是排队咯。

acquireQueued

CLH队列使用了自旋锁的一些机制，所以代码中会有一个死循环，就像刚才说的，在队头的线程有资格去竞争（contend）锁，也就是 p == head && tryAcquire(arg)语句了，竞争成功了，前任走了，自然就有if大括号里的语句了。

NonfairSync

NonfairSync

与公平锁不同的是，非公平锁会事先去抢占锁，野蛮的进行插队，也就是率先执行的CAS置换state属性的操作，抢占没成功，这下老实了，才开始用公平锁一样的方法去获得锁。

NonfairSync的tryAcquire具体实现

但是非公平锁可不是那么老实的，它自己的尝试还是跟公平锁有区别的，也就是上图我划出的地方，他没有判断当前线程是否位于队头。这就是它们俩的区别了。

释放锁

tryRelease （Sync类）

刚刚是+1，释放锁当然就是-1了，当然还要注意操作的线程是不是获取了该锁的线程，如果减到了0，那这个锁就没主人了。

结尾

ReentranLock通过对state属性进行加减操作实现可重入的功能，对获取不到锁的线程进行了自旋操作。当然，我只描述我看的有思路的，这个类还有很多地方值得我们学习。