深入浅出ReentrantLock原理剖析，揭开高并发编程的奥秘
2023-10-27 11:29:04
ReentrantLock：Java并发编程中的独占锁机制
导语
在现代软件开发中，高并发编程已成为不可回避的挑战。当多个线程同时访问共享资源时，如何保证数据安全性和一致性尤为重要。ReentrantLock作为Java并发编程中的独占锁机制，以其高效、公平、可重入的特性，在解决资源互斥访问方面发挥着至关重要的作用。
ReentrantLock的原理剖析
ReentrantLock底层是基于AQS（AbstractQueuedSynchronizer）队列同步器实现的。AQS是一个抽象的同步器框架，提供了一套通用的锁机制。ReentrantLock基于AQS实现了独占锁，即同一时刻只有一个线程可以获得锁，其他线程必须等待锁被释放才能执行。
AQS内部维护了一个队列，用于存储等待获取锁的线程。当线程尝试获取锁时，如果锁被占用，该线程会被加入队列并进入等待状态。当锁被释放时，队列中的首个线程会被唤醒并获得锁。
ReentrantLock提供两种获取锁的方式：
- lock()方法： 该方法会一直阻塞，直到获取到锁。
- tryLock()方法： 该方法尝试获取锁，如果锁被占用，则立即返回false，不会阻塞。
ReentrantLock的应用场景
ReentrantLock广泛应用于各种高并发场景，包括：
- 资源互斥访问： 当多个线程同时访问共享资源时，使用ReentrantLock可以保证只有一个线程访问该资源，从而避免数据不一致和死锁问题。
- 读写锁： ReentrantLock可以实现读写锁，即多个线程可以同时读共享资源，但只有一个线程可以写共享资源。
- 条件变量： ReentrantLock支持条件变量，可以实现线程之间的通信和同步。
ReentrantLock的优缺点
优点：
- 高性能： ReentrantLock的实现非常高效，在高并发场景下也能保持良好的性能。
- 公平性： ReentrantLock是公平锁，即等待时间最长的线程将优先获得锁。
- 可重入性： ReentrantLock支持可重入，即一个线程可以多次获取同一个锁，而不会发生死锁。
缺点：
- 开销： ReentrantLock的开销比其他锁机制（如synchronized）要高。
- 复杂性： ReentrantLock的实现比较复杂，学习和使用有一定难度。
结语
ReentrantLock是Java并发编程中强大的锁机制，其独占锁特性在保证资源互斥访问方面发挥着不可替代的作用。深入理解ReentrantLock的原理和应用场景，可以帮助我们编写更加高效、稳定的高并发程序。
常见问题解答
- ReentrantLock和synchronized有什么区别？
ReentrantLock是基于AQS实现的独占锁，而synchronized是基于JVM实现的内置锁。ReentrantLock具有公平性、可重入性和可自定义超时时间等特性，而synchronized不支持这些特性。
- 为什么ReentrantLock的开销比synchronized更高？
ReentrantLock的开销主要来自AQS的实现。AQS维护了一个内部队列，用于管理等待获取锁的线程，这会增加额外的开销。
- ReentrantLock的可重入性有什么用？
可重入性允许一个线程多次获取同一个锁，而不会发生死锁。这在一些特殊场景下非常有用，例如递归算法或嵌套锁。
- 如何使用ReentrantLock实现读写锁？
我们可以使用ReentrantLock和Condition对象实现读写锁。读线程可以同时获取读锁，而写线程必须等待所有读锁释放后才能获取写锁。
- ReentrantLock是否支持超时获取锁？
是的，ReentrantLock提供了一个tryLock(long timeout, TimeUnit unit)方法，允许线程在指定时间内尝试获取锁，如果超时则返回false。
