深入探究源码：解密可重入锁（ReentrantLock）的奥秘

1. 锁与并发控制

在并发编程中，锁是协调线程间资源访问的利器。当多个线程试图访问共享资源时，锁可以防止资源被同时修改，确保数据的完整性和一致性。

Java提供了多种锁机制，其中最常用的便是synchronized。synchronized可将方法或代码块标记为同步代码块，从而使线程在执行同步代码块时获得对共享资源的独占访问权。然而，synchronized存在一些局限性，例如：它只能锁住对象，无法锁住基本数据类型；它无法中断线程，如果一个线程长时间持有锁，其他线程将无法访问共享资源。

为了克服synchronized的不足，Java 5引入了可重入锁（ReentrantLock）。可重入锁是一种高级锁，具有比synchronized更丰富的功能和灵活性。

2. 可重入锁（ReentrantLock）

可重入锁，顾名思义，是指一个线程在已经获取锁的情况下，可以再次获取同一个锁。这得益于可重入锁的计数机制。当一个线程获取锁时，锁的计数器加1；当该线程释放锁时，计数器减1。只有当计数器为0时，其他线程才能获取锁。

可重入锁提供了与synchronized类似的接口，但它具有以下优势：

• 可重入锁可以锁住任意对象，包括基本数据类型。
• 可重入锁支持中断机制，如果一个线程长时间持有锁，其他线程可以通过调用interrupt()方法中断该线程，从而获取锁。
• 可重入锁提供了更多的控制选项，例如：可以设置公平锁或非公平锁、可以设置超时时间等。

3. ReentrantLock源码剖析

为了更好地理解可重入锁的原理，我们不妨深入源码，一探究竟。可重入锁的源码位于java.util.concurrent.locks包中，它的核心类是ReentrantLock。

3.1 字段与构造器

ReentrantLock类包含以下主要字段：

• state ：锁的状态，是一个int型变量，用于表示锁的当前状态。
• fair ：一个boolean型变量，表示锁是否是公平锁。
• queue ：一个等待队列，用于存储等待获取锁的线程。

ReentrantLock提供了以下构造器：

• ReentrantLock() ：创建一个默认的非公平锁。
• ReentrantLock(boolean fair) ：创建一个公平锁，如果为true，则表示公平锁。

3.2 主要方法

ReentrantLock类提供了以下主要方法：

• lock() ：获取锁，如果锁不可用，则当前线程将进入等待队列，直到锁可用。
• unlock() ：释放锁。
• tryLock() ：尝试获取锁，如果锁可用，则获取锁并返回true；如果锁不可用，则返回false。
• tryLock(long timeout, TimeUnit unit) ：尝试在指定的时间内获取锁，如果在指定的时间内锁可用，则获取锁并返回true；如果在指定的时间内锁不可用，则返回false。
• getHoldCount() ：获取当前线程获取锁的次数。
• isHeldByCurrentThread() ：判断当前线程是否持有锁。
• isFair() ：判断锁是否是公平锁。

3.3 锁的状态

ReentrantLock的锁状态由state字段表示，state字段可以取以下值：

• 0 ：锁未被任何线程持有。
• 大于0 ：锁被一个或多个线程持有，state字段的值表示持有锁的线程数。
• 负数 ：锁正在被一个线程获取，state字段的绝对值表示等待获取锁的线程数。

3.4 锁的获取与释放

当一个线程调用lock()方法时，它将尝试获取锁。如果锁可用，则线程将获取锁，并将state字段加1；如果锁不可用，则线程将进入等待队列，等待锁可用。

当一个线程调用unlock()方法时，它将释放锁。如果释放锁的线程是最后一个持有锁的线程，则state字段将变为0；如果还有其他线程持有锁，则state字段将减1。

3.5 公平锁与非公平锁

公平锁和非公平锁的区别在于，公平锁保证了等待时间最长的线程优先获取锁，而非公平锁不保证这一点。

公平锁的实现原理是，当一个线程获取锁时，它将自己添加到等待队列的末尾。当锁可用时，等待队列中的第一个线程将获取锁。

非公平锁的实现原理是，当一个线程获取锁时，它将自己添加到等待队列的开头。当锁可用时，等待队列中的第一个线程将获取锁。

4. ReentrantLock的应用场景

ReentrantLock可以广泛应用于并发编程中，以下是一些典型的应用场景：

• 多线程资源访问控制 ：当多个线程需要访问共享资源时，可以使用ReentrantLock来控制对共享资源的访问，防止资源被同时修改。
• 多线程同步 ：当多个线程需要协调执行时，可以使用ReentrantLock来实现线程同步，确保线程按顺序执行。
• 死锁预防 ：当多个线程互相等待对方释放锁时，可能会发生死锁。可以使用ReentrantLock的公平锁机制来预防死锁。

5. 总结

可重入锁（ReentrantLock）是Java并发编程中的重要组件，具有比synchronized更丰富的功能和灵活性。ReentrantLock可以锁住任意对象，支持中断机制，提供了更多的控制选项。通过深入源码，我们可以更好地理解可重入锁的原理和实现细节。ReentrantLock广泛应用于并发编程中，可以有效地控制多线程资源访问、实现多线程同步和预防死锁。