ReentrantLock 用法与源码剖析笔记

📒 ReentrantLock 用法与源码剖析笔记

---

🚀 一、ReentrantLock 核心特性

• 🔄 可重入性：同一线程可重复获取锁（最大递归次数为 Integer.MAX_VALUE）
• 🔧 公平性：支持公平锁（按等待顺序获取）和非公平锁（默认，允许插队）
• ⏰ 超时机制：tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
• 🚫 可中断：lockInterruptibly() 允许响应中断
• 🔗 条件变量：Condition 实现精准线程唤醒（对比 Object.wait/notify）

---

🛠️ 二、基础用法模板

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 非公平锁（默认） vs 公平锁（new ReentrantLock(true)）

lock.lock();  // 📌 阻塞获取锁
try {
    // 临界区代码
} finally {
    lock.unlock();  // ⚠️ 必须放在 finally 块！
}

// 高级用法示例
if (lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {  // ⏳ 带超时尝试
    try {
        // ...
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

---

🔍 三、源码架构分析

1. Sync 同步器（继承 AQS）

   • NonfairSync（非公平锁实现）
   • FairSync（公平锁实现）

2. AQS 核心机制

   • state 字段：锁状态计数器（0=未锁定，>0=锁定次数）
   • CLH 队列：线程等待队列（双向链表实现）

---

⚙️ 四、关键方法源码解析

🔑 1. lock() 方法对比

// 非公平锁实现
final void lock() {
    if (compareAndSetState(0, 1))  // 🚀 直接尝试插队
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
    else
        acquire(1);
}

// 公平锁实现
final void lock() {
    acquire(1);  // ⚖️ 必须排队
}

// AQS 核心方法
public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) && 
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

🔄 2. tryAcquire 差异

// 非公平锁 tryAcquire
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    return nonfairTryAcquire(acquires);  // 🎲 允许插队
}

// 公平锁 tryAcquire
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    if (getQueueLength() > 0 && 
        getExclusiveOwnerThread() != Thread.currentThread()) {
        return false;  // 🚧 队列有等待线程时禁止获取
    }
    // ...后续与非公平锁相同
}

---

💡 五、设计亮点与注意事项

• � 性能取舍：非公平锁吞吐量更高（减少线程切换），但可能产生线程饥饿
• � 锁释放必须：unlock() 必须执行（建议用 try-finally 包裹）
• 🧵 Condition 高级用法：实现多条件等待（典型应用：生产者-消费者模型）
• ⚠️ 避免死锁：加锁顺序要一致，超时机制可作为兜底

---

📊 六、与 synchronized 对比

特性	ReentrantLock	synchronized
实现机制	API 层面	JVM 内置
锁释放	必须显式 unlock()	自动释放
公平性	可配置	非公平
中断响应	支持	不支持
条件变量	多 Condition	单 Object monitor
性能	高竞争时更优	优化后差距缩小

---

🌟 七、最佳实践建议

• 🆚 优先选择：需要高级功能时用 ReentrantLock，简单场景用 synchronized
• 🧪 锁测试：用 ThreadMXBean 检测死锁
• 📏 锁粒度：尽量缩小锁作用域
• 🧮 性能监控：关注 getQueueLength() 等统计方法