重入锁
重入锁 ReentrantLock，顾名思义，就是支持重进入的锁，它表示该锁能够支持一个线程对资源的重复加锁。除此之外，该锁还支持获取锁时的公平和非公平性选择
所谓不支持重进入，可以考虑如下场景：当一个线程调用 lock() 方法获取锁之后，如果再次调用 lock() 方法，则该线程将会被自己阻塞，原因是在调用 tryAcquire(int acquires) 方法时会返回 false，从而导致线程阻塞
synchronize 关键字隐式的支持重进入，比如一个 synchronize 修饰的递归方法，在方法执行时，执行线程在获取锁之后仍能连续多次地获得该锁。ReentrantLock 虽然不能像 synchronize 关键字一样支持隐式的重进入，但在调用 lock() 方法时，已经获得锁的线程，能够再次调用 lock() 方法获取锁而不被阻塞
1. 实现重进入
重进入特性的实现需要解决以下两个问题：
线程再次获取锁
锁需要去识别获取锁的线程是否为当前占据锁的线程，如果是，则再次成功获取
锁的最终释放
线程重复 n 次获取锁，随后在第 n 次释放该锁后，其他线程能获取到锁。实现此功能，理应考虑使用计数
ReentrantLock 通过组合自定义同步器来实现锁的获取与释放，以非公平锁实现为例，获取同步状态的代码如下所示，主要是增加了再次获取同步状态的处理逻辑
final boolean nonfairTryAcquire ( int acquires ) { final Thread current = Thread . currentThread (); int c = getState (); if ( c == 0 ) { if ( compareAndSetState ( 0 , acquires )) { setExclusiveOwnerThread ( current ); return true ; } } // 判断当前线程是否为获取锁的线程 else if ( current == getExclusiveOwnerThread ()) { // 将同步值进行增加，并返回 true int nextc = c + acquires ; if ( nextc < 0 ) throw new Error ( "Maximum lock count exceeded" ); setState ( nextc ); return true ; } return false ; }考虑到成功获取锁的线程再次获取锁，只是增加同步状态值，这也就要求 ReentrantLock 在释放同步状态时减少同步状态值，该方法代码如下：
protected final boolean tryRelease ( int releases ) { // 减少状态值 int c = getState () - releases ; if ( Thread . currentThread () != getExclusiveOwnerThread ()) throw new IllegalMonitorStateException (); boolean free = false ; // 当同步状态为0，将占有线程设为null，并返回true，表示释放成功 if ( c == 0 ) { free = true ; setExclusiveOwnerThread ( null ); } setState ( c ); return free ; }2. 公平与非公平获取锁的区别
如果一个锁是公平的，那么锁的获取顺序就应该符合请求的绝对时间顺序，也即 FIFO。回顾上一节，非公平锁只要 CAS 设置同步状态成功，即表示当前线程获取了锁，而公平锁则不同，代码如下：
protected final boolean tryAcquire ( int acquires ) { final Thread current = Thread . currentThread (); int c = getState (); if ( c == 0 ) { /* * 唯一不同的就是判断条件多了 hasQueuedPredecessors() * 该方法用来判断当前节点是否有前驱节点 * 如果该方法返回 true，表示有线程比当前线程更早请求获取锁 * 因此需要等待前驱线程释放锁之后才能继续获取锁 */ 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 ; }读写锁
之前提到的锁基本都是排它锁，同一时刻只允许一个线程访问，而读写锁在同一时刻可以允许多个线程访问，但在写线程访问时，所有的读线程和其他写线程均被阻塞。读写锁维护了一对锁，一个读锁和一个写锁，通过分离读锁和写锁，使得并发性相比一般的排它锁有了很大提升
1. 接口示例
下面通过缓存示例说明读写锁的使用方式
public class Cache { static Map < String , Object > map = new HashMap <>(); static ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock (); static Lock r = rwl . readLock (); static Lock w = rwl . writeLock (); /** * 获取一个 key 对应的 value */ public static Object get ( String key ) { r . lock (); try { return map . get ( key ); } finally { r . unlock (); } } /** * 设置 key 对应的 value，并返回旧的 value */ public static Object put ( String key , Object value ) { w . lock (); try { return map . put ( key , value ); } finally { w . unlock (); } } /** * 清空所有的内容 */ public static void clear () { w . lock (); try { map . clear (); } finally { w . unlock (); } } }2. 读写状态的设计
读写锁同样依赖自定义同步器来实现功能，而读写状态就是其同步器状态。读写锁的自定义同步器需要在同步状态（一个整型变量）上维护多个读线程和一个写线程的状态，为此需要读写锁将变量切分成两部分，高 16 位表示读，低 16 位表示写
上图表示一个线程已经获取了写锁，且重进入了两次，同时也连续两次获取了读锁。通过位运算可以迅速确定读和写各自的状态，假设当前同步状态值为 S，则：
写状态等于 S & 0x0000FFFF（将高 16 位全部抹去） 读状态等于 S >>> 16（无符号右移 16 位） 当写状态增加 1 时，等于 S + 1 当读状态增加 1 时，等于 S + (1<<6)，也就是 S + 0x00010000根据状态的划分能得出一个结论：S 不等于 0 时，当写状态（S & 0x0000FFFF）等于 0 时，则读状态（S >>> 16）大于 0，即读锁已被获取
3. 写锁的获取与释放
写锁是一个支持重进入的排它锁。如果当前线程已经获取了写锁，则增加写状态。如果当前线程在获取写锁时，读锁已被获取，或者该线程不是获取写锁的线程，则当前线程进入等待状态，获取写锁的代码如下：
protected final boolean tryAcquire ( int acquires ) { Thread current = Thread . currentThread (); int c = getState (); // exclusiveCount 方法会用 c & 0x0000FFFF，即得出写状态个数 int w = exclusiveCount ( c ); if ( c != 0 ) { // 根据上面提到的推论，c 不等于 0，而 w 等于 0，证明存在读锁 // 当前线程也不是获取了写锁的线程 if ( w == 0 || current != getExclusiveOwnerThread ()) return false ; if ( w + exclusiveCount ( acquires ) > MAX_COUNT ) throw new Error ( "Maximum lock count exceeded" ); setState ( c + acquires ); return true ; } if ( writerShouldBlock () || ! compareAndSetState ( c , c + acquires )) return false ; setExclusiveOwnerThread ( current ); return true ; }写锁的每次释放均会减少写状态，当写状态为 0 时表示写锁已被释放，从而等待的读写线程能够继续访问读写锁，同时前次写线程的修改对后续读写线程可见
4. 读锁的获取与释放
读锁是一个支持重进入的共享锁，它能被多个线程同时获取，在没有其他写线程访问时，读锁总能被成功获取，这里对获取读锁的代码做了简化：
protected final int tryAcquireShared ( int unused ) { for (;;) { int c = getState (); int nextc = c + ( 1 << 16 ); if ( nextc < c ) { throw new Error ( "Maximum lock count exceeded" ); } // 如果其他线程已经获取写锁，则读取获取失败 if ( exclusiveCount ( c ) != 0 && owner != Thread . currentThread ()) { return - 1 ; } if ( compareAndSetState ( c , nextc )) { return 1 ; } } }读锁的每次释放均减少读状态，减少的值是 1<<16
5. 锁降级
锁降级指的是写锁降级成为读锁。如果当前线程拥有写锁，然后将其释放，最后再获取读锁，这种分段完成的过程不能称之为锁降级。锁降级是指把持住写锁，再获取读锁，随后释放写锁的过程
public void processData () { readLock . lock (); if (! update ) { // 必须先释放读锁 readLock . unlock (); // 锁降级从写锁获取到开始 writeLock . lock (); try { if (! update ) { // 准备数据的流程（略） update = true ; } readLock . lock (); } finally { writeLock . unlock (); } } try { // 使用数据的流程（略） } finally { readLock . unlock (); } }上例中，当数据发生变更，则 update（使用 volatile 修饰）被设置为 false，此时所有访问 processData 方法的线程都能感知到变化，但只有一个线程能获取到写锁，其余线程会被阻塞在写锁的 lock 方法上。当前线程获取写锁完成数据准备之后，再次获取读锁，随后释放写锁，完成锁降级
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原文链接：https://juejin.cn/post/6938036777919709191
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