ReentrantLock & synchronized 比对与原理浅析

1、一开始jdk出的锁是synchronized ，但是是一个重量级的锁，由于某些代码存在并发的问题，我们统一给这些代码加上synchronized 包裹，发现线程之间竞争只是在部分情况下，还有很多情况下线程是交替执行（也就是A线程执行完后B再进来的，没有出现两者希望同时进入）。比如我们的加了synchronized关键字的代码块在90%都是交替执行，10%是竞争执行（需要明白交替和竞争）。那对于前面90%的线程都因为后面的10%而不得不忍受synchronized带来的低效。置于synchronized为啥低效？因为synchronized本身是需要切换到操作系统的内核态。所以存在由用户线程切换为操作系统线程的过程，这个线程切换过程是一个相对比较耗费性能的操作。那么能不能在线程是交替的时候synchronize不生效，而线程竞争的时候再启用synchronized呢？我们的ReentrantLock 就是为了解决这个问题而来的。

2、ReentrantLock是大神Doug Lea在1.5的jdk中提供的。相比于synchronized ，它提供了各种丰富的api，比如公平锁，非公平锁。最关键的是它的设计大大提高了锁的性能。ReentrantLock包裹的代码，在线程进入之前会先走看下队列中有没有在排队等待的其他线程。有则直接进入队列，这个设计让交替执行的线程在java级别就解决了并发问题。下面看下原码

线程调用锁定：lock.lock();//启动锁定。

public void lock() {
        sync.lock();//AbstractQueuedSynchronizer 的子类
}

ReentrantLock的lock方法如上代码所示，实际其调用的又是自身内部属性Sync对象的lock方法。这里ReentrantLock的Sync类实现了AbstractQueuedSynchronizer并且继续扩展出了NonfairSync（非公平锁） & FairSync（非公平锁） 两个下级子类。

看下FairSync的lock方法，这里如果是非公平锁，则采取直接调用compareAndSetState方法（后面介绍），而公平锁则先调用acquire(1).
我们看下具体公平锁的------acquire的实现，调用了tryAcquire(1)

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();//返回父类AbstractQueuedSynchronizer，state字段的值
            if (c == 0) {        //认为当前还没有线程修改，0是默认值
                if (!hasQueuedPredecessors() &&  // 检查是否需要去队列排队
                    compareAndSetState(0, acquires)) {//原子操作，希望state是0，并将state设置为1
                    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;
}

如果队列还有在排队hasQueuedPredecessors返回ture，或者调用compareAndSetState(0, acquires)失败（说明同时有其他线程已经先一步改变了state的状态）tryAcquire方法都会返回false

代码就会执行如下两行

acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg);//将自己也放到等待队列中，
selfInterrupt();//成功之后中断自己,让出cpu

ReentrantLock & synchronized 比对与原理浅析

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