ReentrantLock类图

我们看一下重入锁ReentrantLock类关系图，它是实现了Lock接口的类。NonfairSync和FairSync都继承自抽象类Sync，在ReentrantLock中有非公平锁NonfairSync和公平锁FairSync的实现。在重入锁ReentrantLock类关系图中，我们可以看到NonfairSync和FairSync都继承自抽象类Sync，而 Sync类继承自抽象类AbstractQueuedSynchronizer(简称AQS)。如果我们看过JUC的源代码，会发现不仅重入锁用到了AQS， JUC 中绝大部分的同步工具也都是基于AQS构建的。

ReentrantLock源码分析:锁的获取

研究任何框架或工具都就要一个入口，我们以重入锁为切入点来理解AQS的作用及实现。下面我们深入ReentrantLock源码来分析AQS是如何实现线程同步的。

AQS其实使用了一种典型的设计模式:模板方法。我们如果查看AQS的源码可以看到，AQS为一个抽象类，AQS中大多数方法都是final或private的，也就是说AQS并不希望用户覆盖或直接使用这些方法，而是只能重写AQS规定的部分方法。

我们以重入锁中相对简单的公平锁为例，以获取锁的 lock 方法为入口，一直深入到AQS，来分析多线程是如何同步获取锁的。获取锁时源码的调用过程，时序图如下:

第一步:ReentrantLock.lock()

ReentrantLock获取锁调用了 lock 方法，我们看下该方法的内部:调用了sync.lock()。

java 复制代码

public void lock() {
    sync.lock();
}

sync是Sync类的一个实例，Sync类实际上是ReentrantLock的抽象静态内部类，它集成了AQS来实现重入锁的具体业务逻辑。AQS是一个同步队列，实现了线程的阻塞和唤醒，没有实现具体的业务功能。在不同的同步场景中，需要用户继承AQS来实现对应的功能。

我们查看ReentrantLock源码，可以看到，Sync有两个实现类公平锁FairSync和非公平锁NoFairSync。

重入锁实例化时，根据参数fair为属性sync创建对应锁的实例。以公平锁为例，调用sync.lock事实上调用的是FairSync的lock方法。

java 复制代码

public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

第二步:FairSync.lock()

我们看下该方法的内部，执行了方法acquire(1)，acquire为AQS中的final方法，用于竞争锁。

java 复制代码

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

第三步:AQS.acquire(1)

线程进入AQS中的acquire方法，arg=1。这个方法逻辑:先尝试抢占锁，抢占成功，直接返回; 抢占失败，将线程封装成Node节点追加到AQS队列中并使线程阻塞等待。 (1)首先会执行tryAcquire(1)尝试抢占锁，成功返回true，失败返回false。抢占成功了，就不会执行下面的代码了 (2)抢占锁失败后，执行addWaiter(Node.EXCLUSIVE)将x线程封装成Node节点追加到AQS队列。 (3)然后调用acquireQueued将线程阻塞，线程阻塞。线程阻塞后，接下来就只需等待其他线程唤醒它，线程被唤醒后会重新竞争锁的使用。接下来，我们看看这个三个方法具体是如何实现的。

java 复制代码

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

第四步:FairSync.tryAcquire(1)

尝试获取锁:若获取锁成功，返回true;获取锁失败，返回false。这个方法逻辑:获取当前的锁状态，如果为无锁状态，当前线程会执行CAS操作尝试获取锁;若当前线程是重入获取锁，只需增加锁的重入次数即可。

第五步:AQS.addWaiter(Node.EXCLUSIVE)

线程抢占锁失败后，执行addWaiter(Node.EXCLUSIVE)将线程封装成Node节点追加到AQS队列。 addWaiter(Node mode)的mode表示节点的类型，Node.EXCLUSIVE表示是独占排他锁，也就是说重入锁是独占锁，用到了AQS的独占模式。 Node定义了两种节点类型:

共享模式:Node.SHARED。共享锁，可以被多个线程同时持有，如读写锁的读锁。
独占模式:Node.EXCLUSIVE。独占很好理解，是自己独占资源，独占排他锁同时只能由一个线程持有。

java 复制代码

staticfinalNodeSHARED=newNode();//共享模式
staticfinalNodeEXCLUSIVE=null;//独占模式

相应的AQS支持两种模式:支持独占模式和共享模式。

第六步:AQS.acquireQueued(newNode,1)

AQS.shouldParkAfterFailedAcquire

AQS.parkAndCheckInterrupt

LockSupport类

ReentrantLock源码分析:锁的释放

第一步:ReentrantLock.unlock

第二步:AQS.release(1)

第三步:Sync.tryRelease(1)

第四步:AQS.unparkSuccessor

第五步:LockSupport.unpark(s.thread)

会唤醒挂起的线程，使被阻塞的线程继续执行。

公平锁和非公平锁源码实现区别

公平锁和非公平锁在获取锁和释放锁时有什么区别呢?

非公平锁与非公平锁释放锁是没有差异，释放锁时调用方法都是AQS的方法。
非公平锁与非公平锁获取锁的差异我们可以看到上面在公平锁中，线程获得锁的顺序按照请求锁的顺序，按照先来后到的规则获取锁。如果线程竞争公平锁失败后，都会到AQS同步队列队尾排队，将自己阻塞等待锁的使用资格，锁被释放后，会从队首开始查找可以获得锁的线程并唤醒。而非公平锁，允许新线程请求锁时，可以插队，新线程先尝试获取锁，如果获取锁失败，才会 AQS同步队列队尾排队。

我们对比下两种锁的源码，非公平锁与非公平锁获取锁的差异有两处:

lock方法差异:
tryAcquire差异 FairSync.tryAcquire:公平锁获取锁，若锁为无锁状态时，本着公平原则，新线程在尝试获得锁前，需先判断AQS同步队列中是否有线程在等待，若有线程在等待，当前线程只能进入同步队列等待。若AQS 同步无线程等待，则通过CAS抢占锁。而非公平锁，不管AQS是否有线程在等待，则都会先通过CAS抢占锁。

读写锁ReentrantReadWriteLock

可重入锁ReentrantLock是互斥锁，互斥锁在同一时刻仅有一个线程可以进行访问，但是在大多数场景下，大部分时间都是提供读服务，而写服务占有的时间较少。然而读服务不存在数据竞争问题，如果一个线程在读时禁止其他线程读势必会导致性能降低，所以就出现了读写锁。 读写锁维护着一对锁，一个读锁和一个写锁 。通过分离读锁和写锁，使得并发性比一般的互斥锁有了较大的提升:在同一时间可以允许多个读线程同时访问，但是在写线程访问时，所有读线程和写线程都会被阻塞。 读写锁的主要特性:

公平性:支持公平性和非公平性。
重入性:支持重入。读写锁最多支持65535个递归写入锁和65535个递归读取锁。
锁降级:写锁能够降级成为读锁，但读锁不能升级为写锁。遵循获取写锁、获取读锁在释放写锁的次序

读写锁ReentrantReadWriteLock实现接口ReadWriteLock，该接口维护了一对相关的锁，一个用于只读操作，另一个用于写入操作。只要没有 writer，读取锁可以由多个 reader 线程同时保持。写入锁是独占的。

ReadWriteLock定义了两个方法。readLock()返回用于读操作的锁，writeLock()返回用于写操作的锁。 ReentrantReadWriteLock定义如下: ReentrantReadWriteLock与ReentrantLock一样，其锁主体依然是Sync，它的读锁、写锁都是依靠 Sync来实现的。所以ReentrantReadWriteLock实际上只有一个锁，只是在获取读取锁和写入锁的方式上不一样而已，它的读写锁其实就是两个类:ReadLock、writeLock，这两个类都是lock的实现。

锁优化

减少锁持有时间

减少锁粒度

将大对象拆分成小对象，增加并行度，降低锁竞争。
ConcurrentHashMap允许多个线程同时进入

锁分离

根据功能进行锁分离
ReadWriteLock在读多写少时，可以提高性能。

锁消除

锁消除是发生在编译器级别的一种锁优化方式。
有时候我们写的代码完全不需要加锁，却执行了加锁操作。

锁粗化

通常情况下，为了保证多线程间的有效并发，会要求每个线程持有锁的时间尽可能短，但是在某些情况下，一个程序对同一个锁不间断、高频地请求、同步与释放，会消耗掉一定的系统资源，因为锁的请求、同步与释放本身会带来性能损耗，这样高频的锁请求就反而不利于系统性能的优化了，虽然单次同步操作的时间可能很短。锁粗化就是告诉我们任何事情都有个度，有些情况下我们反而希望把很多次锁的请求合并成一个请求，以降低短时间内大量锁请求、同步、释放带来的性能损耗。

ReentrantLock源码分析、LockSuppor、ReentrantReadWriteLock、锁优化的方法

ReentrantLock类图

ReentrantLock源码分析:锁的获取

第一步:ReentrantLock.lock()

第二步:FairSync.lock()

第三步:AQS.acquire(1)

第四步:FairSync.tryAcquire(1)

第五步:AQS.addWaiter(Node.EXCLUSIVE)

第六步:AQS.acquireQueued(newNode,1)

AQS.shouldParkAfterFailedAcquire

AQS.parkAndCheckInterrupt

LockSupport类

ReentrantLock源码分析:锁的释放

第一步:ReentrantLock.unlock

第二步:AQS.release(1)

第三步:Sync.tryRelease(1)

第四步:AQS.unparkSuccessor

第五步:LockSupport.unpark(s.thread)

公平锁和非公平锁源码实现区别

读写锁ReentrantReadWriteLock

锁优化

减少锁持有时间

减少锁粒度

锁分离

锁消除

锁粗化