java并发-ReentrantLock

当多个线程需要同时对共享资源进行操作时，就需要用到线程同步技术。Java中提供了synchronized关键字用于线程同步，而ReentrantLock就是另外一种用于线程同步的技术，本文将介绍ReentrantLock及其使用方法。

### 1. 概述

ReentrantLock是Java中提供的一个可重入锁，可以用于替代synchronized关键字实现线程安全的同步。它和synchronized关键字类似，但是提供了更多的同步控制功能。

ReentrantLock是ReentrantLock类的实例化对象，其核心方法是lock()和unlock()，在线程访问共享资源时，获取锁之后进行操作，操作完成之后释放锁，以便其他线程也能访问共享资源。

### 2. 使用方法

#### 2.1 基本使用

使用ReentrantLock需要先创建一个ReentrantLock实例，然后在共享资源访问前调用lock()方法获取锁，在共享资源访问完毕后调用unlock()方法释放锁。

```java
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

public void accessResource() {
    lock.lock();
    try {
        // 访问共享资源
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}
```

在使用Lock时，需要注意访问共享资源的代码要放在try...finally块中，因为只有在finally块中释放锁才能保证锁的正确释放。

#### 2.2 tryLock方法

ReentrantLock提供了一个tryLock()方法，它可以尝试获取锁，如果获取成功则返回true，否则返回false。使用tryLock()方法可以避免线程因等待获取锁而被阻塞的情况。

```java
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

public void accessResource() {
    if (lock.tryLock()) {
        try {
            // 访问共享资源
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    } else {
        // 如果获取锁失败，则执行其他逻辑
    }
}
```

#### 2.3 LockInterruptibly方法

ReentrantLock还提供了LockInterruptibly()方法，它可以在获取锁时响应中断。如果当前线程被中断，则会立即抛出InterruptedException异常。

```java
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

public void accessResource() throws InterruptedException {
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        // 访问共享资源
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}
```

#### 2.4 使用条件对象

ReentrantLock还可以使用条件对象（Condition）来实现更精细的线程同步。条件对象可以通过ReentrantLock的newCondition()方法创建，然后使用await()方法等待条件变量，使用signal()方法通知等待线程条件变量已经发生变化。

```java
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();

public void accessResource() throws InterruptedException {
    lock.lock();
    try {
        while (condition不满足) {
            condition.await();
        }
        // 访问共享资源
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

public void changeCondition() {
    lock.lock();
    try {
        // 改变条件变量的值
        condition.signalAll();
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

`ReentrantLock` 是一个可重入的互斥锁，其底层结构使用了一个同步器 `Sync` 来实现。`ReentrantLock` 提供了两种实现方式：公平锁和非公平锁。

公平锁指的是获取锁的线程按照请求锁的顺序来获取锁，即先来先得。而非公平锁则是多个线程同时抢占锁，不保证获取锁的顺序，可能会导致某些线程一直获取不到锁。

从底层实现来讲，公平锁和非公平锁的区别在于 `Sync` 类的 `tryAcquire` 方法的实现。

对于公平锁，`tryAcquire` 方法中会先检查队列中是否有等待锁的线程，如果有的话，当前线程就不会去争抢锁，而是会进入到等待队列中，等待锁被释放后再次尝试获取锁。如果队列中没有等待锁的线程，则通过 `CAS` 操作去尝试获取锁。

对于非公平锁，`tryAcquire` 方法中则直接通过 `CAS` 获取锁，此时不会去检查等待队列中是否有线程在等待锁。

因此，公平锁对于线程的调度和执行效率都会影响比较大，因为它必须按照请求锁的顺序来分配锁。而非公平锁则可能会导致某些线程长时间等待锁，但它的执行效率相对较高，因为可以并发获取锁。

### 3. 总结

ReentrantLock提供了更灵活、更安全的线程同步机制，可以替代synchronized关键字实现线程安全的同步。它提供了多种同步控制方法，包括获取锁的尝试、响应中断、使用条件变量等。使用ReentrantLock时需要注意锁的粒度，避免出现线程死锁的情况。