Java 并发之 ReentrantLock：实现逻辑、公平性及与 synchronized 的异同

摘要：在Java并发编程中，ReentrantLock和synchronized都是实现线程同步的核心机制，用于解决多线程竞争共享资源的问题。但它们的实现原理和使用方式有显著区别，尤其ReentrantLock提供了更灵活的同步控制能力。

一、ReentrantLock的实现原理

ReentrantLock是JDK提供的显式锁（需要手动获取和释放），其核心实现依赖于AQS（AbstractQueuedSynchronizer，抽象队列同步器）。简单来说，AQS是一个"模板类"，定义了一套多线程访问共享资源的同步框架，ReentrantLock通过继承AQS并实现其抽象方法来完成锁的逻辑。

核心原理拆解：

1. AQS的核心组件：

   • 状态变量（state）：一个int类型的变量，用于表示锁的状态。ReentrantLock是"可重入锁"，所以state记录当前线程获取锁的重入次数（初始为0，获取锁后变为1，再次获取则递增，释放时递减，直到0表示锁被完全释放）。
   • 等待队列：当多个线程竞争锁失败时，会被封装成节点（Node）加入一个双向链表队列，等待被唤醒（类似"排队等待"）。
   • 当前持有锁的线程（exclusiveOwnerThread）：记录当前获取到锁的线程，用于实现"可重入"和"独占性"。

2. 锁的获取与释放流程：

   • 获取锁（lock()）：
     1. 线程尝试通过CAS操作修改state（从0→1），如果成功，标记当前线程为锁的持有者。
     2. 如果失败（说明锁已被占用），检查占用锁的线程是否是自己（可重入判断）：如果是，state递增（重入次数+1）；如果不是，当前线程进入等待队列阻塞。
   • 释放锁（unlock()）：
     1. 线程调用unlock()时，state递减（重入次数-1）。
     2. 当state减为0时，标记锁的持有者为null，并从等待队列中唤醒一个线程来竞争锁。

3. 公平锁与非公平锁：

   • ReentrantLock默认是非公平锁（构造函数可传入true创建公平锁）。
   • 非公平锁：新线程尝试获取锁时，可能"插队"（直接竞争锁，而不是排队），效率更高但可能导致线程饥饿。
   • 公平锁：新线程必须加入等待队列，按"先来后到"的顺序获取锁，公平但效率较低。

二、ReentrantLock与synchronized的区别

synchronized是Java内置的隐式锁（无需手动释放），依赖JVM实现；而ReentrantLock是JDK提供的工具类，依赖代码实现。两者核心区别如下：

三、总结

• synchronized：适合简单的同步场景，使用方便、不易出错，是Java官方推荐的首选方案（尤其JDK 6后的优化使其性能大幅提升）。
• ReentrantLock：适合需要更灵活控制的场景（如公平锁、超时中断、多条件变量等），但需注意手动释放锁，否则可能导致死锁。

作为初学者，建议先掌握synchronized的使用，理解其基本原理后，再深入学习ReentrantLock和AQS的实现，从而更好地理解Java并发机制的设计思想。