面试题：Java 中 ReentrantLock 的实现原理是什么？

ReentrantLock 是 Java 中基于 AQS（AbstractQueuedSynchronizer） 实现的一种可重入独占锁。它提供了比 synchronized 更灵活的锁机制，支持公平锁和非公平锁，并且可以响应中断、设置超时等。

1. ReentrantLock 的核心特性

可重入性：
- 同一个线程可以多次获取同一把锁，而不会造成死锁。
- 每次获取锁后，锁的持有计数（state）加 1；每次释放锁后，计数减 1。
公平性：
- 公平锁：按照线程请求锁的顺序分配锁。
- 非公平锁：允许插队，新请求的线程可以直接尝试获取锁。
支持中断：
- 线程在等待锁的过程中可以响应中断。
支持超时：
- 线程可以尝试在指定时间内获取锁，超时后放弃。

2. ReentrantLock 的实现原理

基于 AQS：
- ReentrantLock 的核心功能是通过 AQS 实现的。
- AQS 提供了一个 state 变量来表示锁的状态，以及一个 CLH 队列来管理等待锁的线程。
独占模式：
- ReentrantLock 使用 AQS 的独占模式，同一时刻只有一个线程可以持有锁。
可重入性：
- 通过 state 变量记录锁的重入次数。每次获取锁时，state 加 1；每次释放锁时，state 减 1。

3. ReentrantLock 的源码分析

Sync 内部类：
- ReentrantLock 的核心功能是通过 Sync 内部类实现的，Sync 继承自 AQS。
- Sync 有两个子类：NonfairSync（非公平锁）和 FairSync（公平锁）。

非公平锁的实现：

新请求的线程可以直接尝试获取锁，如果失败则加入队列。

源码片段：

final void lock() {
    if (compareAndSetState(0, 1)) // CAS 尝试获取锁
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); // 设置当前线程为锁持有者
    else
        acquire(1); // 调用 AQS 的 acquire 方法
}

公平锁的实现：
- 新请求的线程必须加入队列，按照 FIFO 顺序获取锁。
- 源码片段：
```
final void lock() {
    acquire(1); // 直接调用 AQS 的 acquire 方法
}
```

4. ReentrantLock 的使用示例

基本用法：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock(); // 获取锁
try {
    // 临界区代码
} finally {
    lock.unlock(); // 释放锁
}

支持中断：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
try {
    lock.lockInterruptibly(); // 可中断地获取锁
    // 临界区代码
} catch (InterruptedException e) {
    // 处理中断
} finally {
    if (lock.isHeldByCurrentThread()) {
        lock.unlock(); // 释放锁
    }
}

支持超时：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
try {
    if (lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) { // 尝试在 1 秒内获取锁
        // 临界区代码
    } else {
        // 超时处理
    }
} catch (InterruptedException e) {
    // 处理中断
} finally {
    if (lock.isHeldByCurrentThread()) {
        lock.unlock(); // 释放锁
    }
}

5. ReentrantLock 与 synchronized 的对比

特性	ReentrantLock	synchronized
实现方式	基于 AQS，Java 代码实现	JVM 内置实现
可重入性	支持	支持
公平性	支持公平锁和非公平锁	仅支持非公平锁
支持中断	支持	不支持
支持超时	支持	不支持
性能	高并发下性能更好	低并发下性能更好
锁绑定条件	支持多个条件变量（`Condition`）	不支持

6. ReentrantLock 的优缺点

优点：
- 提供了比 synchronized 更灵活的锁机制。
- 支持公平锁、可中断、超时等特性。
- 在高并发场景下性能优异。
缺点：
- 使用复杂，需要手动加锁和释放锁。
- 容易忘记释放锁，导致死锁。

7. 总结

ReentrantLock 是基于 AQS 实现的可重入独占锁，支持公平锁和非公平锁。
它提供了比 synchronized 更灵活的锁机制，支持中断、超时等特性。
在高并发场景下，ReentrantLock 的性能通常优于 synchronized。
使用 ReentrantLock 时需要注意手动加锁和释放锁，避免死锁问题。

8. 扩展：Condition 的使用

ReentrantLock 支持多个条件变量（Condition），用于实现线程间的精确唤醒。

示例代码：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();

lock.lock();
try {
    condition.await(); // 当前线程等待
    condition.signal(); // 唤醒一个等待线程
} finally {
    lock.unlock();
}

THE END

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