JDK成长记21： ReentrantLock (4) 公平、非公平、可重入锁是什么？

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经过前面的三节，相信你对ReentrantLock底层的AQS原理已经很清楚了。接下来给大家介绍几个ReentrantLock中的几个概念：

公平，非公平锁的概念
ReentrantLock是如何实现非公平和公平的？
可重入锁又是什么东西？

公平锁 Vs 非公平锁

当你掌握了ReentrantLock加锁，加锁失败入队，释放锁的原理后。其实在ReenrantLock中还需要搞明白几个概念，比如独占锁、共享锁、可重入锁，公平锁和非公平锁这些都是什么意思。

这一小节，我们先来聊聊公平和非公平锁。

什么是公平锁？什么又是非公平锁呢？这里给大家举个例子：

相信你肯定有过排队的经历，比如你给女朋友排队买过奶茶。但是你排队排的好好的，突然当有个老板亲戚或者关系户过来插了一个队，你是什么感觉？是不是感觉不太公平。但是有的关系户也很有修养，不会插队，会老老实实去排队，这就很公平了，因为先来后到么。

这其实就是公平和非公平的锁的意思。你可以想想，还是上面的例子，线程2在排队了，此时线程1释放了锁，可是突然来了一个线程3,也来加锁，是不是可能在线程2出队的过程中，线程3抢到锁，这就是非公平的，线程3插队了，没有老老实实排队。

但是如果线程3，老老实实的排队，进入AQS的队列中，这样就是公平锁。如下图所示：

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ReentrantLock是如何实现非公平和公平的？

具体代码是怎么做到呢？核心是通过两个Sync的子类。FairSync和NonfairSync。从名字上看，你就应该知道，这两个类是公平和非公平AQS的Sync组件意思。

大家可以它们两个类的找找不同看看：

static final class NonfairSync extends Sync {
 private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;


 final void lock() {
   if (compareAndSetState(0, 1))
     setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
   else
     acquire(1);
 }


 protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
   return nonfairTryAcquire(acquires);
 }
}


final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
 final Thread current = Thread.currentThread();
 int c = getState();
 if (c == 0) {
   if (compareAndSetState(0, acquires)) {
     setExclusiveOwnerThread(current);
     return true;
   }
 }

 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
   int nextc = c + acquires;
   if (nextc < 0) // overflow
     throw new Error("Maximum lock count exceeded");
   setState(nextc);
   return true;
 }
 return false;

}

static final class FairSync extends Sync {
  private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

  final void lock() {
    acquire(1);
  }

 

  protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) {
      if (!hasQueuedPredecessors() &&
        compareAndSetState(0, acquires)) {
        setExclusiveOwnerThread(current);
        return true;
      }
    }

    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
      int nextc = c + acquires;
      if (nextc < 0)
        throw new Error("Maximum lock count exceeded");
      setState(nextc);
      return true;
    }
    return false;

  }

}

首先是lock方法，区别就是在一个if判断，非公平的锁NonfairSync会多了一个判断，先尝试来加个锁。

这个区别是什么意思呢？你可以理解为如果线程1释放了，别人过来加锁，直接先尝试插个队的意思，有可能AQS队列中的线程2还没被唤醒了，被别人抢走了锁，让别的线程加锁成功了。

如何把锁给释放掉，另外一个是如果锁彻底释放了以后，如何让队列中的队头的那个线程来唤醒尝试获取锁。

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而另一个方法，尝试加锁，唯一的区别是一个if条件

hasQueuedPredecessors()

这方法从名字就能看出来，判断下队列中有没有有元素。代码如下:

 public final boolean hasQueuedPredecessors() {
  Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order
  Node h = head;
  Node s;
  return h != t &&
   ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}

也就是说，在公平锁的尝试加锁的代码中，有一个限制如果有人排队，其他线程就不能插队加锁。所以就算线程1释放锁，线程3过来加锁，由于lock方法没有了非公平锁的if（上来尝试CAS修改state，加锁的代码），线程3就只能入队，如果线程3执行到尝试获取锁的代码时，公平锁比非公平锁的代码多了一个判断，判断队列中是否有等待线程。有的话也只能乖乖排队。如下图所示：

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可重入锁 Vs 不可重入锁

之前提到，ReentrantLock涉及了一些锁的概念，讲过了公平和非公平锁的概念后，今天我们最后聊一下可重入锁。

其实这个比较好理解，ReentrantLock通过AQS的state变量巧妙的实现了可重入加锁。如果是同一个线程调用了lock方法，加锁，state会在现有值上加+1，每再次加一次锁，就是一次可重入，所以就加锁可重入锁。也就是说：

同一个线程可以使用同一个ReentrantLock进行反复加锁。

另外，释放锁的话，肯定需要释放所多次，同一个线程加锁了几次，就需要释放几次，需要将state值恢复为0才算真正的释放锁，别的线程才能获取到。

由于比较简单，就不带大家看源码实现了。你可以自己在源码中找找。核心还是掌握AQS加锁释放锁的原理最重要。

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独占锁 VS 共享锁

至于独占和共享锁的概念之后讲解读写锁的时候会提到。这里先简单的讲一下。

所谓独占锁，就是只要有一个线程加锁，其他人都得靠边站，这把锁属于某个线程独占，这就是独占锁。

默认reentrantLock.lock创建的锁是什么的呢？非公平的可重入独占锁！

共享锁是什么意思呢？意思就是可以和别的线程同时持有一把锁，比如之后要将的读写锁。线程1加了读锁，线程2还是可以加读锁的，它们共享一把锁。这样的锁就是一把共享锁。

当然读写锁之间是有一些互斥关系的，所以下一节我们就来探索下，如何使用读写锁、读写锁的原理具体是什么、以及读写锁的互斥关系。

小结&思考

其实这一节并没有什么特别负责复杂的知识，主要带大家看了 ReentrantLock的重入实现

核心思想就是通过代码执行顺序，CAS操作顺序和一个if判断队列是否有等待线程实现的。

其次就是介绍了几个概念，可重入锁、公平、非公平锁、独占和共享锁分别是什么意思。

ReentrantLock的原理其实到这里我们大体就分析完成了，你起码掌握了 ReentrantLock的基于抽象类封装3个组件（变量）的操作设计。

之前我们提到的synchronized的底层ObjectMonitor，其实是不是也是用过这个思想设计的，只不过一个是C++封装的ObjectMonitor对象，一个是Java封装的ReentrantLock对象。

大家当学完一个技术的原理和或者源码，或者做完一个项目后，一定要学会进行思考，思考之后才能更好的应用这个技术、更好的解决问题。

另外有兴趣的同学可以去深究下，它使用的CAS底层JVM C++语言如何的实现，为什么用LockSupport.park挂起线程，LockSupport的park方法实现等等。。

下一节我们开始研究下ReentrantReadWriteLock的实现原理，我们下一节见！

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