AQS源码解析之ReentrantLock

# 1. AQS概述

## 1.1 AQS概述

在并发编程中，AQS（AbstractQueuedSynchronizer）是Java中用于构建锁和其他同步器的框架。它是并发包（java.util.concurrent）的核心组件之一，提供了一种灵活且强大的同步机制，可以用于自定义同步组件的实现。

AQS内部使用一个FIFO的双向队列来管理线程的获取和释放，通过volatile修饰的state变量来表示同步状态。在AQS中，使用了模板方法设计模式，允许子类实现自定义的同步器，例如ReentrantLock、Semaphore等。

## 1.2 AQS的设计理念

AQS的设计理念主要包括两点：一是提供了一种通用的同步框架，使得用户可以更方便地实现自定义的同步器；二是通过将管理同步状态的方法暴露给子类，使得子类可以利用AQS提供的原子操作实现高效的并发控制。

AQS采用模板方法设计模式，定义了同步器的骨架和同步状态的管理方式，具体的同步逻辑由子类实现。这样一来，用户可以更加灵活地控制自己的同步器的行为，例如实现公平/非公平锁、独占锁/共享锁等。

## 1.3 AQS的基本使用方式

AQS的基本使用方式主要包括以下几个步骤：
- 自定义同步器：继承AQS，实现acquire和release方法，并使用getState、setState、compareAndSetState等方法管理同步状态。
- 实现具体的同步功能：根据业务需求，在自定义的同步器中实现具体的同步逻辑。
- 使用自定义同步器：在需要同步的代码中，创建自定义同步器的实例，并调用acquire和release方法来实现线程的同步控制。

通过这种方式，用户可以根据自己的业务需求，灵活地实现自定义的同步器，并在并发编程中使用AQS提供的同步机制。

以上是AQS概述的内容，接下来我们将深入探讨ReentrantLock的基本概念。

# 2. ReentrantLock基本概念

在多线程编程中，保证数据的一致性是一个重要的问题。Java提供了多种锁机制来解决这个问题，其中一个比较常用的是ReentrantLock。

### 2.1 ReentrantLock的作用及特点

ReentrantLock是一个可重入的互斥锁，它具有以下特点：

- 可重入性：同一线程可以多次获取同一把锁，避免死锁的发生。
- 公平性：可以选择公平锁或者非公平锁，默认情况下是非公平锁。
- 条件变量：支持创建多个条件变量，可以用于实现复杂的线程等待/唤醒机制。

### 2.2 ReentrantLock的基本使用方法

使用ReentrantLock的步骤如下：

1. 创建一个ReentrantLock对象：`ReentrantLock lock = new ReentrantLock();`
2. 在需要加锁的代码块前调用`lock.lock()`方法获取锁。
3. 在代码块执行完毕后调用`lock.unlock()`方法释放锁。

下面是一个示例代码，展示了ReentrantLock的基本使用方法：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockExample {
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void doSomething() {
        lock.lock(); // 获取锁
        try {
            // 需要加锁的代码块
            // ...
        } finally {
            lock.unlock(); // 释放锁
        }
    }
}

### 2.3 ReentrantLock的示例代码

下面是一个使用ReentrantLock的示例代码，通过使用锁可以保证线程安全：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Counter {
    private int count = 0;
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

在上述代码中，通过使用ReentrantLock来保证`count`的操作的原子性，从而避免了多线程下的竞争条件。

以上是ReentrantLock的基本概念及使用方法。下一章将深入解析ReentrantLock的内部机制。

# 3. ReentrantLock内部机制解析

在本章中，我们将深入探讨ReentrantLock内部的机制，包括锁的获取与释放过程、ReentrantLock的同步实现原理以及AQS在ReentrantLock中的具体应用。

#### 3.1 锁的获取与释放过程

在ReentrantLock内部，锁的获取和释放是通过AQS（AbstractQueuedSynchronizer）这一抽象框架来实现的。当线程请求获取锁时，如果该锁已被其他线程持有，那么请求线程会被加入到等待队列中，并处于阻塞状态。一旦锁被释放，依次唤醒等待队列中的线程，使其竞争锁。

#### 3.2 ReentrantLock的同步实现原理

ReentrantLock通过实现AQS的`tryAcquire`和`tryRelease`方法来实现锁的获取和释放。在ReentrantLock中，每个线程都会持有一个状态变量，用于记录该线程对锁的持有次数。当一个线程请求获取锁时，会根据当前状态判断是否可以获取锁，如果可以，则增加持有次数；释放锁时，减少持有次数，直到持有次数为0时才真正释放锁。

#### 3.3 AQS在ReentrantLock中的具体应用

AQS在ReentrantLock中的具体应用主要体现在`sync`同步器的使用上，ReentrantLock通过继承AQS，重写`tryAcquire`和`tryRelease`等方法，实现了可重入锁的特性。同时，AQS还提供了等待队列和CLH（Craig, Landin, and Hagersten）队列锁的实现，为ReentrantLock的同步操作提供了基础支持。

通过对ReentrantLock内部机制的解析，我们可以更深入地理解ReentrantLock的工作原理，并在实际应用中更好地使用它来实现并发控制。

# 4. ReentrantLock源码分析

在本章中，我们将深入研究ReentrantLock的源码，分析其代码结构、核心方法源码和与AQS之间的关系。通过对源码的解析，我们可以更深入地理解ReentrantLock的实现原理和内部机制。

#### 4.1 ReentrantLock类的代码结构

ReentrantLock类是JDK中用于实现可重入锁的一个重要类，其代码结构主要包括锁的获取、释放、条件变量等功能实现。

// ReentrantLock类的简化代码结构
public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {
    // 锁是否被占用的同步状态
    private final Sync.sync;

    // 无参构造方法，默认创建一个非公平锁
    public ReentrantLock() {
        sync = new NonfairSync();
    }

    // 含参构造方法，根据fair参数选择创建公平或非公平锁
    public ReentrantLock(boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
    }

    // 锁的获取方法
    public void lock() {
        sync.lock();
    }

    // 锁的释放方法
    public void unlock() {
        sync.unlock();
    }

    // 其他方法包括