Reentrant Lock的公平性原理解析

# 1. 什么是Reentrant Lock及其应用

Reentrant Lock是一种线程同步的工具，它与synchronized关键字相似，但提供了更多灵活性和可控性。Reentrant Lock允许一个线程多次获得锁，而synchronized在这种情况下会导致死锁。

#### Reentrant Lock的应用场景
Reentrant Lock通常用于以下情况：
- 需要更灵活的锁定机制，例如在等待锁的同时能够响应中断
- 需要尝试获取锁并在获取失败时进行一定的处理
- 需要公平性的锁定机制
- 需要实现锁的多条件等待
- 需要支持可定时的、可轮询的锁获取方式

接下来，我们将深入了解Reentrant Lock的工作原理。

# 2. Reentrant Lock的工作原理

在前面的章节中，我们已经了解到Reentrant Lock是一种可重入锁，它可以让同一个线程多次获取锁而不会导致死锁。那么究竟什么是可重入锁，Reentrant Lock又是如何实现可重入性的呢？

### 2.1 可重入锁的概念

可重入锁是指线程可以多次获取同一个锁而不会产生死锁的情况，比如线程在持有锁的情况下再次请求该锁，它就可以继续获取该锁，而不会被自己所持有的锁所阻塞。

### 2.2 Reentrant Lock的实现原理

Reentrant Lock的可重入性是通过一个名为"线程拥有的锁计数器"来实现的。该计数器会记录当前线程已经获取该锁的次数，当计数器为0时表示该锁是未被任何线程所持有的。当一个线程获取了该锁之后，计数器会加1。

当同一个线程再次请求该锁时，它会发现锁的计数器已经不为0，这时不会阻塞线程而是简单地增加计数器的值。当线程退出了锁所保护的代码块后，计数器会递减1。只有当计数器递减到0时，锁才会被完全释放，其他线程才可以获取该锁。这种方式确保了可重入性。

下面是一个简单的示例代码，演示了Reentrant Lock的可重入性：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockDemo {
    static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            // 第一次获取锁
            lock.lock();
            try {
                System.out.println("线程1获得了锁");
                // 第二次获取锁
                lock.lock();
                try {
                    System.out.println("线程1再次获得了锁");
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                System.out.println("线程2获得了锁");
            } finally {
                lock.unlock();
            }
        }).start();
    }
}

在上述示例代码中，我们创建了一个Reentrant Lock实例，并创建了两个线程。线程1首先获取锁，并在锁保护的代码块内再次获取锁，然后释放锁。而线程2则只是单纯获取锁，并在保护的代码块内执行。

通过运行上述代码，我们可以看到输出的结果为：

线程1获得了锁
线程1再次获得了锁
线程2获得了锁

从输出结果可以看出，线程1能够成功地第二次获取锁，而线程2只能获取一次锁。这就是可重入锁的特点。

### 2.3 Reentrant Lock与Synchronized的区别

相比于传统的synchronized关键字，Reentrant Lock提供了更加灵活和高级的功能，但是使用Reentrant Lock也相对来说更加复杂。下面我们来对比一下它们之间的区别。

1. Synchronized关键字是由Java虚拟机提供的一种内置锁，而Reentrant Lock是一个基于JUC的类库实现的。
2. Synchronized关键字的锁是不可中断的，只能等待获取锁，而Reentrant Lock可以通过lockInterruptibly()方法实现可中断的等待锁。
3. Synchronized关键字不支持公平性，而Reentrant Lock可以通过构造函数传入参数决定是否支持公平锁。
4. Synchronized关键字会自动释放锁，而Reentrant Lock则需要显式地调用unlock()方法来释放锁。

根据实际需求，我们可以选择使用Synchronized或Reentrant Lock，但通常来说，Reentrant Lock更适用于一些复杂的并发控制场景。

### 小结

本章中，我们详细讲解了Reentrant Lock的工作原理，它通过线程拥有的锁计数器来实现可重入性。相比于传统的synchronized关键字，Reentrant Lock更加灵活和高级。在下一章节，我们将讨论Reentrant Lock的公平性。

# 3. Reentrant Lock的公平性

在前面的章节中我们已经了解了Reentrant Lock的基本概念和工作原理。在本章中，我们将重点关注Reentrant Lock的公平性。

#### 1. 什么是公平锁

公平锁是指多个线程按照申请锁的顺序来获取锁。也就是说，先到先得，先申请锁的线程会先获取到锁。公平锁遵循"先到先得"的原则，保证线程获取锁的公平性。在Reentrant Lock中，通过使用参数为`true`的构造方法可以创建公平锁。

#### 2. Reentrant Lock的公平性原理

Reentrant Lock的公平性是通过一个叫做`AQS（AbstractQueuedSynchronizer）`的同步器来实现的。AQS内部维护了一个双向队列，用于管理等待获取锁的线程。当一个线程请求锁时，如果锁没有被其他线程占用，则线程可以直接获取到锁。如果锁被其他线程持有，则线程会被加入到等待队列中，等待锁被释放。

在公平锁的情况下，当一个线程请求锁时，如果锁已经被其他线程所持有，则会先判断当前线程是否是等待队列中的第一个线程。如果是，则允许当前线程获取锁；如果不是，则当前线程会被加入到等待队列中，等待前面的线程释放锁后再进行竞争。

通过这种方式，公平锁保证了线程获取锁的顺序是按照申请锁的顺序来进行的，从而保证了锁的公平性。

下面是一个使用Reentrant Lock的公平锁的示例代码：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class FairLockDemo {
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);

    public void print() {
        try {
            lock.lock();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获得了锁");
            Thread.sleep(1000);