Java 的 ReentrantLock

Java中的ReentrantLock是java.util.concurrent.locks包下提供的一个可重入互斥锁，用于替代synchronized关键字实现更灵活的线程同步。以下是其核心特性和使用方法的详细说明：

核心特性

可重入性
同一个线程可以重复获取同一个锁（锁的持有计数器递增），避免死锁。例如，递归调用或嵌套同步块时无需重复释放锁。
公平性选择
构造函数支持创建公平锁（fair = true）或非公平锁（默认）。
- 公平锁：按请求顺序分配锁，避免线程饥饿，但性能较低。
- 非公平锁：允许插队，提高吞吐量，但可能导致某些线程长期等待。
灵活的锁控制
支持tryLock()（尝试非阻塞获取锁）、lockInterruptibly()（可中断的锁请求）和超时机制，避免无限等待。
条件变量（Condition）
通过newCondition()创建多个Condition实例，实现线程间精确的等待/唤醒机制。

核心方法

方法	说明
`lock()`	获取锁，若锁被占用则阻塞等待。
`unlock()`	释放锁，必须在`finally`块中调用。
`tryLock()`	尝试立即获取锁，成功返回`true`，否则返回`false`。
`tryLock(timeout, unit)`	在指定时间内尝试获取锁。
`lockInterruptibly()`	获取锁，但允许被其他线程中断。
`isHeldByCurrentThread()`	检查当前线程是否持有锁。

代码示例

1. 基本用法

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();public void safeMethod() {lock.lock();try {// 临界区代码} finally {lock.unlock();}
}

2. 尝试获取锁

if (lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {try {// 成功获取锁后的操作} finally {lock.unlock();}
} else {// 超时后的备选方案
}

3. 使用Condition实现生产者-消费者

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition notEmpty = lock.newCondition();
Condition notFull = lock.newCondition();
Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
int capacity = 10;// 生产者
public void produce(int value) throws InterruptedException {lock.lock();try {while (queue.size() == capacity) {notFull.await(); // 等待队列非满}queue.add(value);notEmpty.signal(); // 通知消费者} finally {lock.unlock();}
}// 消费者
public int consume() throws InterruptedException {lock.lock();try {while (queue.isEmpty()) {notEmpty.await(); // 等待队列非空}int value = queue.remove();notFull.signal(); // 通知生产者return value;} finally {lock.unlock();}
}

与synchronized的对比

特性	`ReentrantLock`	`synchronized`
锁获取方式	显式调用`lock()`和`unlock()`	隐式通过代码块或方法
可中断性	支持（`lockInterruptibly()`）	不支持
超时机制	支持`tryLock(timeout)`	不支持
公平性	可配置公平或非公平锁	仅非公平锁
条件变量	支持多个`Condition`	单一`wait()`/`notify()`

适用场景

需要细粒度控制锁（如超时、可中断）。
需要公平性策略（如任务调度系统）。
需要多个条件变量（如生产者-消费者模型中的不同等待条件）。
需要尝试获取锁的非阻塞逻辑。

实现原理

ReentrantLock 的核心逻辑委托给内部类 Sync，而 Sync 继承自 AQS。AQS 是一个用于构建锁和同步器的框架，通过 状态（state） 和 CLH 队列（Craig, Landin, and Hagersten 队列，一种 FIFO 双向队列）管理线程的竞争与调度。

状态（state）：
AQS 的 state 字段表示锁的持有次数（可重入性）。
- state = 0：锁未被任何线程占用。
- state > 0：锁被占用，值表示当前线程的重入次数。
CLH 队列：
竞争锁失败的线程会被封装为 Node 对象，加入 CLH 队列等待唤醒。队列通过 CAS 操作保证线程安全。

是否是公平锁的区别在于：线程获取锁时是加入到 CLH 队列尾部还是直接利用 CAS 争抢锁。