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一、介紹
大家都知道，在java中如果要對一段代碼做線程安全操作，都用到了鎖，當然鎖的實現很多，用的比較多的是sysnchronize和reentrantLock，前者是java里的一個關鍵字，后者是一個java類。這兩者的大致區別，在這里羅列下
相同點：
1、都能保證了線程安全性
2、都支持鎖的重入
不同點：
1、synchronized適用於不是很激烈的情況，reentranLock適用於比較競爭激烈的情況
2、Synchronized是jvm層面實現的鎖機制，而reentranLock是java代碼層面實現的鎖機制。
3、Reentranlock比synchronized多了鎖投票，定時鎖，中斷鎖等機制
4、synchronized是隱式獲取鎖和釋放鎖，不需要代碼手動獲取釋放，Reentranlock為顯示獲取鎖和釋放鎖，必須要手動代碼獲取釋放
要了解reentranlock，那肯定先得會用它，下面通過一個例子來了解它的加鎖和釋放鎖過程
二、demo
1 public class Demo { 2 3 private static int count = 0; 4 5 public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 6 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(15); 7 for (int i = 0; i < 500; i++){ 8 executorService.execute(() -> { 9 add(); 10 }); 11 } 12 Thread.sleep(1000); 13 System.out.println(count); 14 } 15 16 private static int add(){ 17 return ++count; 18 } 19 }
上述代碼，安裝預期結果 那肯定是500，但是真的是500嗎？結果如下
結果很顯然，它是小於500的，把這段代碼用鎖保證結果和預期結果一致。代碼如下
1 public class Demo { 2 3 private static int count = 0; 4 5 private static Lock lock = new ReentrantLock(); 6 7 public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 8 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(15); 9 for (int i = 0; i < 500; i++){ 10 executorService.execute(() -> { 11 add(); 12 }); 13 } 14 Thread.sleep(1000); 15 System.out.println(count); 16 } 17 18 private static int add(){ 19 lock.lock(); 20 try { 21 return ++count; 22 }finally { 23 lock.unlock(); 24 } 25 26 } 27 }
結果，和預期一致。
那它是怎么保證線程安全性的呢。往下看
三、ReentrantLock分析
先來了解這個類的大致結構
紅框圈中的三個類，其中Sync是一個抽象類，另外兩個是它的子類，Sync又繼承了AQS類，所以它也有鎖的操作可能性。
FairSync是一個公平鎖，NonFairSync是一個非公平鎖，它們雖然繼承了同一個類，但實現上有所不同，
1、非公平鎖獲取鎖的過程
進入lock方法
而sync 是ReentrantLock的一個字段，它在該類的構造函數中初始化，它有兩個構造函數，sync默認為非公平鎖實現，
當sync調用了lock方法，也就是調用NonFairSync類的lock方法，繼續看下去，下圖為該類的結構
lock大致步驟為，先去試着改變state的值，如果改變成功，則state值就變為1了，返回true，失敗返回false，先來解釋下compareAndSetState方法的作用
它有兩個參數，第一個是期望值，第二個是要更新的值，如果內存中state值和期望值相等，則將內存值變為更新值，這是交換成功的標志。如果不相等，那肯定是false。這個方法其實就是CAS,同時它也是線程安全的，具體實現，這里不作討論。
這里也是獲取鎖成功的標志，當返回true,則將獲取鎖的線程置為當前線程，同時state值改變了，如果下一個線程進入，那么該方法肯定是返回false。那么獲取鎖失敗的線程就會進入acquire方法。這個方法其實就是AQS的方法，代碼如下，可以看到它又調用了tryAcquire方法，而這個方法的實現就是上一個圖的nonFairTryAcquire方法，
1 final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) { 2 // 獲取當前線程 3 final Thread current = Thread.currentThread(); 4 int c = getState(); 5 // 如果狀態值不為0，則進一步去獲取鎖 6 if (c == 0) { 7 if (compareAndSetState(0, acquires)) { 8 // 獲取鎖成功，將鎖置給當前線程 9 setExclusiveOwnerThread(current); 10 return true; 11 } 12 }// 如果相等，則表明為鎖的重入 13 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { 14 int nextc = c + acquires; 15 if (nextc < 0) // overflow 16 throw new Error("Maximum lock count exceeded"); 17 setState(nextc); 18 return true; 19 } 20 // 只有獲取鎖失敗才會返回false 21 return false; 22 }
當上面返回false時，又會相繼執行addWaiter和acquireQueued方法，其中addWaiter方法主要是將獲取鎖失敗的線程包裝成一個Node節點，插入一個隊列中，注意頭結點不是該節點，而是new了一個新的node節點，它的狀態值為0，然后返回該節點。
具體代碼不做分析，下面看acquireQueued方法
1 final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { 2 boolean failed = true; 3 try { 4 boolean interrupted = false; 5 // 類似while(true),作無限循環作用 6 for (;;) { 7 // 獲取插入的node節點的前一個節點 8 final Node p = node.predecessor(); 9 // 如果前繼節點為head節點並且獲取鎖成功，則跳出無限循環，執行相應業務代碼 10 if (p == head && tryAcquire(arg)) { 11 setHead(node);// 頭結點被改變，改變同時其狀態也被改變了，節點線程也為空 12 p.next = null; // help GC 13 failed = false; 14 return interrupted; 15 } 16 // 前繼節點不是頭結點或獲取鎖失敗 17 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && 18 parkAndCheckInterrupt()) 19 interrupted = true; 20 } 21 } finally { 22 // 防止代碼運行過程中，線程突然被中斷，中斷則將該節點置為取消狀態 23 if (failed) 24 cancelAcquire(node); 25 } 26 }
其中shouldParkAfterFailedAcquire方法做了這兩件事，
1、如果p節點前有狀態為cancel的節點，則將這些取消的節點放棄掉，簡單來說就是排除取消的節點
2、將p節點狀態置為signal狀態。等待下一次進入該方法可能會被掛起
方法parkAndCheckInterrupt，在shouldParkAfterFailedAcquire返回true的時候，線程會被掛起。、
以上就是獲取鎖的過程，步驟如下
1、獲取鎖成功，則將改變state值，並將鎖的擁有者置為當前線程
2、獲取鎖失敗，則進入同步隊列中，直到獲取鎖成功或當前線程被外因給中斷，獲取鎖的過程中，有的線程可能會被掛起。
2、非公平鎖釋放鎖的過程
為了不顯得過於啰嗦，下面只列出核心代碼
上述代碼只有獲取鎖的線程調用了unlock方法，才會去修改state值，當state值為0時其他線程又可以獲取鎖，看到這，或許有的小伙伴迷糊了，上面不是介紹說在獲取鎖的過程中，有的線程會被掛起，那如果掛起的線程node節點前繼恰好是頭結點，那豈不是運行不了？，莫慌，往下看。當state值置為0時，該方法會返回true，之后會執行下面方法。
重點方法在unparkSuccessor方法上，看if(h != null && h.waitStatus !=0) ,為什么要加這個判斷呢，因為如果有多個線程在獲取鎖，無論是獲取失敗，還是獲取成功head節點的狀態值都被改變(setHead()和shouldParkAfterFailedAcquire()方法會去改變head節點狀態)。即不為0，如果為0，那么就說明就沒有線程被掛起，自然就不用去釋放這些線程。加這個判斷，為了減少無用操作。重點來了，unparkSuccessor方法，代碼如下
private void unparkSuccessor(Node node) { // 將node結點狀態置為0 int ws = node.waitStatus; if (ws < 0) compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); /* * 如果node結點下一個節點為null或被取消則進入下面的for循環 * 下面的for循環從尾節點往前尋找沒有取消的節點 ，直至最靠近node節點，即node節點下一個狀態小於等於0的節點 * 在這里node節點就是頭結點， */ Node s = node.next; if (s == null || s.waitStatus > 0) { s = null; for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) if (t.waitStatus <= 0) s = t; } // 找到了該節點，釋放該節點的線程 if (s != null) LockSupport.unpark(s.thread); }
或許看到這更迷糊了，它釋放鎖怎么能確定釋放的就是那個被掛起的線程呢，這個呢，確實確定不了，但是如果釋放前繼節點為頭結點的線程，那么在后續獲取鎖的過程中，該線程肯定能獲取到鎖(因為這段代碼是前一個線程釋放鎖的操作代碼，所以下一個線程肯定能獲取到鎖)，至此又一輪循環。
在這里，我對那個為啥從尾節點向前遍歷也不清楚，如果有清楚的小伙伴，還請評論下方留言，謝謝！
以上就是非公平鎖的釋放操作。
3、公平鎖的獲取鎖過程
該種鎖和非公平鎖的不同之處，就是這種鎖一定得按照順序來獲取或，不能前一個線程釋放了鎖 ，然后誰搶到了就算誰的。
先來看下這種獲取鎖的代碼
1 protected final boolean tryAcquire(int acquires) { 2 final Thread current = Thread.currentThread(); 3 int c = getState(); 4 if (c == 0) { 5 if (!hasQueuedPredecessors() && 6 compareAndSetState(0, acquires)) { 7 setExclusiveOwnerThread(current); 8 return true; 9 } 10 } 11 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { 12 int nextc = c + acquires; 13 if (nextc < 0) 14 throw new Error("Maximum lock count exceeded"); 15 setState(nextc); 16 return true; 17 } 18 return false; 19 }
和非公平鎖的不同點是在前者線程釋放鎖后(即state值為0),非公平鎖是誰搶到鎖，鎖就是誰的，但是公平鎖不一樣，獲取鎖的線程會先去判斷同步隊列中有沒有其他線程，如果沒有，再去試着改變state值，如果改變成功則獲取鎖成功，它不允許沒進入同步隊列中的線程(此時同步隊列中已有等待的線程,如果沒有，那就是直接搶)搶占鎖。下面看下hasQueuedPrdecessor()，代碼如下
1 public final boolean hasQueuedPredecessors() { 2 // The correctness of this depends on head being initialized 3 // before tail and on head.next being accurate if the current 4 // thread is first in queue. 5 Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order 6 Node h = head; 7 Node s; 8 return h != t && 9 ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread()); 10 }
代碼不復雜，就是判斷同步隊列中有沒有等待的線程，且等待的線程不是當前線程，有則返回true，沒有則返回false。
至於公平鎖的釋放操作，和非公平鎖一致。這里不過多敘述。
獲取公平鎖操作
1、先判斷同步隊列中有沒有等待的線程。
2、有則放棄鎖的爭奪，進入同步隊列排好隊，沒有則搶占鎖
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本來想繼續寫condition，但好像篇幅有點啰嗦，就放在下一篇。
以上就是我的個人見解，如果不足或錯誤之處，還請指教，謝謝!