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ReentrantLock原理

在Java并发编程中，ReentrantLock是一个非常重要的工具，它提供了比synchronized关键字更灵活的锁机制。本文将详细介绍ReentrantLock的工作原理、使用方式以及在实际项目中的应用场景。

什么是ReentrantLock？​

ReentrantLock是Java并发包java.util.concurrent.locks中的一个类，它实现了Lock接口。与synchronized关键字不同，ReentrantLock提供了更高级的功能，例如可重入性、公平锁、非公平锁、可中断的锁获取等。

可重入性​

ReentrantLock是可重入的锁，这意味着同一个线程可以多次获取同一个锁而不会导致死锁。例如：

java
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

public void methodA() {
    lock.lock();
    try {
        methodB();
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

public void methodB() {
    lock.lock();
    try {
        // 执行一些操作
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

在上面的代码中，methodA和methodB都使用了同一个ReentrantLock实例。由于ReentrantLock是可重入的，methodA调用methodB时不会导致死锁。

ReentrantLock的工作原理​

ReentrantLock内部使用了一个同步器AbstractQueuedSynchronizer（AQS）来实现锁的获取和释放。AQS维护了一个FIFO队列，用于管理等待获取锁的线程。

公平锁与非公平锁​

ReentrantLock支持公平锁和非公平锁两种模式：

  • 公平锁：线程按照请求锁的顺序获取锁，即先到先得。
  • 非公平锁：线程可以插队获取锁，可能会导致某些线程长时间等待。

默认情况下，ReentrantLock是非公平锁，但可以通过构造函数指定为公平锁：

java
ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true); // 公平锁
ReentrantLock unfairLock = new ReentrantLock();   // 非公平锁

锁的获取与释放​

ReentrantLock的锁获取和释放是通过lock()和unlock()方法实现的。lock()方法用于获取锁，如果锁已被其他线程持有，则当前线程会被阻塞，直到锁被释放。unlock()方法用于释放锁。

java
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

public void criticalSection() {
    lock.lock();
    try {
        // 临界区代码
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}
备注

注意：unlock()方法必须在finally块中调用，以确保锁在发生异常时也能被释放。

实际应用场景​

ReentrantLock在实际项目中有广泛的应用，特别是在需要更细粒度的锁控制时。以下是一个简单的应用场景：

场景：银行账户转账​

假设我们有一个银行账户类BankAccount，我们需要确保在转账操作时，两个账户的余额更新是线程安全的。

java
class BankAccount {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private int balance;

    public BankAccount(int balance) {
        this.balance = balance;
    }

    public void transfer(BankAccount target, int amount) {
        lock.lock();
        try {
            target.lock.lock();
            try {
                if (this.balance >= amount) {
                    this.balance -= amount;
                    target.balance += amount;
                }
            } finally {
                target.lock.unlock();
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

在这个例子中，transfer方法使用了两个ReentrantLock实例来确保转账操作的线程安全性。

总结​

ReentrantLock是Java并发编程中一个非常强大的工具，它提供了比synchronized更灵活的锁机制。通过理解ReentrantLock的工作原理和使用方式，我们可以更好地控制多线程环境下的资源访问，避免竞争条件和死锁问题。

提示

提示：在实际项目中，建议优先使用synchronized关键字，除非你需要ReentrantLock提供的额外功能。

附加资源与练习​

  • 练习：尝试实现一个线程安全的队列，使用ReentrantLock来确保队列的线程安全性。
  • 资源：阅读Java官方文档中关于ReentrantLock和AbstractQueuedSynchronizer的详细说明。

通过不断练习和深入学习，你将能够更好地掌握ReentrantLock的使用，并在实际项目中灵活应用。