ReentrantLock底层解析：关键操作与公平/非公平锁机制

ReentrantLock是Java并发包`java.util.concurrent.locks`中的一款高级互斥锁，它的设计旨在提供更好的性能、支持中断操作，并能深入理解线程调度、锁实现以及底层机制。本文将着重剖析ReentrantLock的核心实现，尤其是其lock方法的工作原理。 首先，ReentrantLock的lock方法非常直观，当我们调用`lock()`时，实际上调用的是`sync`对象的`lock()`方法。`sync`是ReentrantLock的一个私有final字段，它负责提供所有同步操作的底层实现细节。ReentrantLock并没有做太多复杂的处理，而是将工作委托给了`sync`实例。 `Sync`是一个抽象类，它有两个主要的子类：`FairSync`和`NonFairSync`。公平锁（FairSync）与非公平锁（NonFairSync）的区别在于获取锁的策略：公平锁遵循先进先出（FIFO）原则，等待队列中线程按照它们到达的时间顺序获取锁；而非公平锁则优先满足第一个到达的线程，可能会导致不公平的调度。在实践中，非公平锁通常具有更高的吞吐量，因此在没有特殊需求时，一般以非公平锁作为讨论重点。 `AbstractQueuedSynchronizer`是`Sync`类层次结构中的核心组件，它维护了当前锁的状态以及一个等待线程的队列。`head`和`tail`是队列的头和尾节点，它们是volatile和transient属性的，确保在多线程环境下的可见性和内存可见性。`head`节点的`waitStatus`字段保证了在队列存在时，其状态不会是CANCELLED。 当线程尝试获取锁时，非公平锁会优先检查是否可以直接获取，如果没有，它会加入到等待队列中，直到锁被释放。这个过程涉及到一系列方法的调用，如`tryAcquire`、`acquire`、`release`等，它们共同实现了锁的获取、持有和释放逻辑。`tryAcquire`用于尝试获取锁，如果成功则返回true，否则进入等待状态；`acquire`负责线程阻塞并加入等待队列；`release`则在释放锁后可能需要唤醒等待的线程。 此外，ReentrantLock还支持中断功能，当一个线程正在尝试获取锁或者在等待状态时，可以通过`interrupt()`方法来中断该线程。中断机制在`await`和`tryAcquireShared`等方法中实现，能够有效地处理中断请求，提高程序的响应性。 总结来说，ReentrantLock的底层实现通过`Sync`和`AbstractQueuedSynchronizer`等核心类，结合公平锁与非公平锁的选择，以及对等待队列和中断的管理，实现了高性能、可中断的锁机制。理解这些细节对于编写高效、健壮的并发程序至关重要。