本文基于jdk1.8进行分析。
ReentrantLock是一个可重入锁，在ConcurrentHashMap中使用了ReentrantLock。
首先看一下源码中对ReentrantLock的介绍。如下图。ReentrantLock是一个可重入的排他锁，它和synchronized的方法和代码有着相同的行为和语义，但有更多的功能。ReentrantLock是被最后一个成功lock锁并且还没有unlock的线程拥有着。如果锁没有被别的线程拥有，那么一个线程调用lock方法，就会成功获取锁并返回。如果当前线程已经拥有该锁，那么lock方法会立刻返回。这个可以通过isHeldByCurrentThread方法和getHoldCount方法进行验证。除了这部分介绍外，类前面的javadoc文档很长，就不在这里全部展开。随着后面介绍源码，会一一涉及到。
private final Sync sync;
下面看一下构造函数。如下图。可以看到，ReentrantLock默认是非公平锁，它可以通过参数，指定初始化为公平锁或非公平锁。
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
下面看一下ReentrantLock的主要方法。首先是lock方法。如下图。lock方法的实现很简单，就是调用Sync的lock方法。而Sync的lock方法是个抽象的，具体实现在NonfairSync和FairSync中。这里我们先不展开讲，而是先读一下lock方法的注释，看看它的作用。lock方法的作用是获取该锁。分为3种情况。
1，如果锁没有被别的线程占有，那么当前线程就可以获取到锁并立刻返回，并把锁计数设置为1。
2，如果当前线程已经占有该锁了，那么就会把锁计数加1，立刻返回。
3，如果锁被另一个线程占有了，那么当前线程就无法再被线程调度，并且开始睡眠，直到获取到锁，在获取到到锁时，会把锁计数设置为1。
lockInterruptibly方法与lock功能类似，但lockInterruptibly方法在等待的过程中，可以响应中断。
public void lock() {
sync.lock();
}
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
sync.acquireInterruptibly(1);
}
下面，详细看一下非公平锁和公平锁中对lock函数的实现。如下图。下图同时列出了公平锁和非公平锁中lock的实现逻辑。从注释和代码逻辑中，都可以看出，非公平锁进行lock时，先尝试立刻闯入（抢占），如果成功，则获取到锁，如果失败，再执行通常的获取锁的行为，即acquire(1)。
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
//公平锁中的lock
final void lock() {
acquire(1);
}
那么，我们首先了解下，非公平锁“尝试立刻闯入”，究竟做了什么。稍后再继续讲解通常的获取锁的行为。下图是立即闯入行为compareAndSetState(0, 1)的实现。从compareAndSetState函数的注释中，可以知道，如果同步状态值与期望值相等，那么就把它的值设置为updated值。否则同步状态值与期望值不相等，则返回false。这个操作和volatile有着相同的内存语义，也就是说，这个操作对其他线程是可见的。compareAndSetState函数注释里描述的功能，是通过unsafe.compareAndSwapInt方法实现的，而unsafe.compareAndSwapInt是一个native方法，是用c++实现的。那么继续追问，c++底层是怎么实现的？C++底层是通过CAS指令来实现的。什么是CAS指令呢？来自维基百科的解释是，CAS，比较和交换，Compare and Swap，是用用于实现多线程原子同步的指令。它将内存位置的内容和给定值比较，只有在相同的情况下，将该内存的值设置为新的给定值。这个操作是原子操作。那么继续追问，CAS指令的原子性，是如何实现的呢？我们都知道指令时CPU来执行的，在多CPU系统中，内存是共享的，内存和多个cpu都挂在总线上，当一个CPU执行CAS指令时，它会先将总线LOCK位点设置为高电平。如果别的CPU也要执行CAS执行，它会发现总线LOCK位点已经是高电平了，则无法执行CAS执行。CPU通过LOCK保证了指令的原子执行。
现在来看一下非公平锁的lock行为，compareAndSetState(0, 1)，它期望锁状态为0，即没有别的线程占用，并把新状态设置为1，即标记为占用状态。如果成功，则非公平锁成功抢到锁，之后setExclusiveOwnerThread，把自己设置为排他线程。非公平锁这小子太坏了。如果抢占失败，则执行与公平锁相同的操作。
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
// See below for intrinsics setup to support this
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
下面看一下公平锁获取锁时的行为。如下图。这部分的逻辑有些多，请阅读代码中的注释进行理解。
final void lock() {
acquire(1);
}
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
//首先获取当前同步状态值
int c = getState();
if (c == 0) {
//c为0，表示目前没有线程占用锁。没有线程占用锁时，当前线程尝试抢锁，如果抢锁成功，则返回true。
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
//c不等于0时表示锁被线程占用。如果是当前线程占用了，则将锁计数加上acquires，并返回true。
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
//以上情况都不是时，返回false，表示非公平抢锁失败。
return false;
}
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
//c=0时表示锁未被占用。这里是先判断队列中前面是否有别的线程。没有别的线程时，才进行CAS操作。
//公平锁之所以公平，正是因为这里。它发现锁未被占用时，首先判断等待队列中是否有别的线程已经在等待了。
//而非公平锁，发现锁未被占用时，根本不管队列中的排队情况，上来就抢。
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
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;
}
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
接下来是tryLock方法。代码如下。从注释中我们可以理解到，只有当调用tryLock时锁没有被别的线程占用，tryLock才会获取锁。如果锁没有被另一个线程占用，那么就获取锁，并立刻返回true，并把锁计数设置为1. 甚至在锁被设置为公平排序的情况下，若果锁可用，调用tryLock会立刻获取锁，而不管有没有别的线程在等待锁了。从这里我们总结出，不管可重入锁是公平锁还是非公平锁，tryLock方法只会是非公平的。
public boolean tryLock() {
return sync.nonfairTryAcquire(1);
}
public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireNanos(1, unit.tonanos(timeout));
}
接下来是释放锁的方法unlock。代码如下。unlock方式的实现，是以参数1来调用sync.release方法。而release方法是如何实现的呢？release方法首先会调用tryRelease方法，如果tryRelease成功，则唤醒后继者线程。而tryRelease的实现过程十分清晰，首先获取锁状态，锁状态减去参数（放锁次数），得到新状态。然后判断持有锁的线程是否为当前线程，如果不是当前线程，则抛出IllegalMonitorStateException。然后判断，如果新状态为0，说明放锁成功，则把持有锁的线程设置为null，并返回true。如果新状态不为0，则返回false。从tryRelease的返回值来看，它返回的true或false，指的是否成功的释放了该锁。成功的释放该锁的意思是彻底释放锁，别的线程就可以获取锁了。这里要认识到，即便tryRelease返回false，它也只是说明了锁没有完全释放，本次调用的这个释放次数值，依然是释放成功的。
public void unlock() {
sync.release(1);
}
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
protected final boolean tryRelease(int releases) {
int c = getState() - releases;
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
setState(c);
return free;
}
private void unparkSuccessor(Node node) {
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
Node s = node.next;
if (s == null || s.waitStatus > 0) {
s = null;
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread);
}
接下来是newCondition方法。关于Condition这里不展开介绍，只是了解下该方法的作用。如下图。该方法返回一个和这个锁实例一起使用的Condition实例。返回的Condition实例支持和Object的监控方法例如wait-notify和notifyAll相同的用法。
- 1，如果没有获取锁，调用Condition的await，signal，signalAll方法的任何一个时，会抛出IllegalMonitorStateException异常。
- 2，调用Condition的await方法时，锁也会释放，在await返回之前，锁会被重新获取，并且锁计数会恢复到调用await方法时的值。
- 3，如果一个线程在等待的过程中被中断了，那么等待就会结束，并抛出InterruptedException异常，线程的中断标志位会被清理。
- 4，等待的线程以FIFO的顺序被唤醒。
- 5，从await方法返回的线程们的获取到锁的顺序，和线程最开始获取锁的顺序相同，这是未指定情况下的默认实现。但是，公平锁更钟爱那些已经等待了最长时间的线程。
public Condition newCondition() {
return sync.newCondition();
}
可重入锁还有一些其他的方法，这里就不一一介绍了。This is the end.
总结
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