不可再问：深入解析 ReentrantLock 源码和图形化表现

在并发编程的世界中，锁是确保线程安全和避免竞争条件的关键工具。其中，ReentrantLock 是 Java 并发包中的一个可重入互斥锁，具有比隐式监视器锁 synchronized 更强大的功能。本文将深入探究 ReentrantLock 的源码，并通过图形化展示来直观地理解其工作原理。

深入 ReentrantLock 源码

ReentrantLock 的核心是一个名为 AbstractQueuedSynchronizer (AQS) 的抽象类。AQS 提供了同步原语，允许不同的锁实现共享基本行为，例如排队和公平访问。ReentrantLock 通过继承 AQS 来实现可重入性和其他功能。

ReentrantLock 的关键方法包括：

• lock()： 获取锁。如果锁被其他线程持有，则当前线程将被阻塞。
• unlock()： 释放锁。
• tryLock()： 尝试获取锁，如果锁被其他线程持有，则立即返回 false。
• isHeldByCurrentThread()： 检查锁是否被当前线程持有。

可重入性

可重入性是指一个线程可以多次获取同一把锁，而不会导致死锁。ReentrantLock 通过维护一个状态变量（state）来实现可重入性。state 表示锁的持有计数，初始值为 0。当一个线程获取锁时，state 会增加 1；释放锁时，state 会减少 1。只有当 state 为 0 时，锁才被释放。

互斥性

互斥性是指同一时间只有一个线程可以持有锁。ReentrantLock 通过 AQS 的排队机制实现互斥性。当一个线程尝试获取锁时，如果锁已经被其他线程持有，则当前线程会被放入队列中等待。只有当锁被释放时，队列中的下一个线程才能获取锁。

图形化表现

为了更直观地理解 ReentrantLock 的工作原理，我们绘制了一系列图形来展示其不同状态。

[图片：ReentrantLock 状态图]

1. 初始状态

• state = 0
• 没有线程持有锁
• 没有线程排队等待锁

2. 获取锁

• 一个线程调用 lock()
• state 增加 1
• 线程获取锁

3. 可重入获取锁

• 一个线程已经持有锁
• 线程再次调用 lock()
• state 再次增加 1
• 线程仍然持有锁

4. 等待获取锁

• 一个线程调用 lock()
• 锁已被其他线程持有
• 线程被放入队列等待锁

5. 释放锁

• 一个线程调用 unlock()
• state 减少 1
• 如果 state 为 0，锁被释放，队列中的下一个线程可以获取锁

实例示例

让我们通过一个示例来演示 ReentrantLock 的使用：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockExample {

    private static final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private static int count = 0;

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                lock.lock();
                try {
                    count++;
                    System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "获取锁，count = " + count);
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            }).start();
        }
    }
}

在这个示例中，多个线程并发地尝试更新共享变量 count。由于使用了 ReentrantLock，线程可以安全地访问 count，避免并发问题。

结论

ReentrantLock 是 Java 并发编程中一个强大且灵活的工具，它提供了可重入性、互斥性和线程安全。通过深入理解其源码和图形化展示，我们可以充分利用 ReentrantLock 的功能，编写出健壮且高效的并发程序。