【认真学java—锁】可重入锁ReentrantLock

学习记录，有不对的或更好见解，还请多多交流

参考

• why-use-a-reentrantlock-if-one-can-use-synchronizedthis
• ReentrantLock (Java Platform SE 8 )

需了解的知识

synchronized
不明白，可以看以下文章，慢慢看，沉下心

• Synchronized Methods (The Java™ Tutorials > Essential Classes > Concurrency)
• Concurrency, Visibility, and Memory (不懂volatile的先看这篇)

看完以上文章，就不用看本文了😀

ReenentrantLock概述

ReentrantLock 是对synchronized的扩展。突出的特点就是可重入，更灵活。可重入是指什么？那反过来问不可重入是什么？
不可重入顾名思义就是不可以重复进入，具体指的是在没有释放锁的情况下，不可以再获取锁，否则就会造成死锁dead lock。（很多名词都是英文翻译过来的，所以英文很重要，不然获取的知识就是二手的）
错误例子如下：

public void test(Object object){
    synchronized(object){           // first lock
        synchronized(object){       // second lock
            //do something
        }
    }
}

上面的second lock 永远也获取不到锁，所以造成了死锁，程序就卡死在第二次加锁。

主要原理：ReentrantLock类的内部有个Sync类继承了AbstractQueuedSynchronizer（AQS封装了多线程下队列的同步操作）对锁操作进行了封装。NonfairSync和FairSync继承了Sync类，并重载了各自的tryAcquire方法。通过不同的构造器ReentrantLock()，ReentrantLock(boolean fair)来实例化不同的Sync对象，以创建公平可重入锁 / 不公平可重入锁对象，后续的所有操作都是基于这个lock对象进行操作。

而对于ReentrantLock来说，它提供了在锁没释放时，可以再次获取锁的方法 tryLock。先来看看ReentrantLock中重要的方法及含义：

1. lock 和synchronized类似，仅当没有其他线程持有该对象的锁时，才能加锁成功。在其他线程持有锁期间，该线程会进去睡眠状态，（dormant），直到获取到锁。区别在于：若自己对自己再次加锁，是可以获得锁的。（可重入）（注：synchronized对自己加锁两次是死锁）
2. 构造器中的参数fairness，设为true时，锁会优先让等待最长时间的线程持有；若为false（默认为false），则不保证线程持有锁的先后顺序。
   注意：fairness为true，会严重影响整体性能。而且fairness并不保证线程的调度的公平（不保证每个线程平均获取锁，只是让排队最长时间先的获取而已）
3. tryLock方法不受fairness设置影响。即使有其他线程获取了锁，锁还是可以被继续获取的,最大支持递归 2147483647次（int的最大整数）。（可重入）

注tryLock()在没获得锁时，不会像lock()一样进入睡眠等待；tryLock(long timeout, TimeUnit unit)会睡眠等待timeout时长，同时会fairness规则

1. unlock释放自己获得的锁，使锁的次数-1。

源码：
1、Sync内部类nonfairTryAcquire方法

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) {      //初始态，没有线程持有锁时
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {  //见下文2
            setExclusiveOwnerThread(current);   //锁住，禁止其他线程访问
            return true; 
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {    //对自己线程再次加锁
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0) // overflow
        throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);        //增加锁的次数
        return true; 
    }
    return false;
}

2、AQS中的compareAndSetState(int expect, int update)方法

protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
    return STATE.compareAndSet(this, expect, update);   //见下文3
}

3、本地方法（C++编写的）compareAndSet位于java.lang.invoke.VarHandle下（常说的CAS）
官网api链接：CAS

如果witness value == exceptedValue，则赋新值newVaule。其中witness value 为main memory中该变量的值（getVolatile获取）；赋新值通过setVolatile赋值。
return true，赋值成功。
return false,变量被其他线程改变了，赋值失败。

4、NonfairSync类的tryAcquire就是调用Sync中nonfairTryAcquire(acquires)；
5、FairSync中的tryAcquire

/**
 * Fair version of tryAcquire.  Don't grant access unless 
 * recursive call or no waiters or is first. 
 * 翻译：公平锁，只有在重复获取锁 / 没有其他等得更久的线程在等待获取锁 / 第一个获取锁时，
 * 才能获取到锁。
 */
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;
}

6、hasQueuedPredecessors(AQS中)

/*
* Queries whether any threads have been waiting to acquire longer than the current thread.
* 翻译：查看是否有其他想获取锁的线程比当前线程等的长（公平锁的原则：先服务等得久的）
*/
源码略，因为需要先看懂AQS这个类的实现机制