前言

本文主要讲解底层逻辑，基本不会贴代码，目的是让大家能够真正的知晓原理，对照着逻辑去理解代码看代码也会很快就能看懂。
在讲ReentrantLock原理之前，我们先回顾下ReentrantLock的基本用法。ReentrantLock是一个锁编程api，让我们达到类似syncronized类似的效果，但它可以提供更多的功能，例如公平锁等。通常的写法如下所示：

class X {    
private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();   

public void m() {     
    doSomething();
    
    // 需要加锁的代码块 
	lock.lock();  // 加锁   
	
	try {        
		// 业务处理
	} finally {        
		lock.unlock() // 释放锁，一定要放在finalyy块中
		}    
	}  
}

ReentrantLock的重点

公平和非公平区别在哪里？

理解ReentrantLock一切的起点从暴露出来的接口开始。接下来，我们探索的入口就是从这个lock()方法开始：
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内部调用的是sync.lock()，我们经常讲的ReentrantLock有公平锁和非公平锁两种实现，这里的sync就是非公平同步器和公平同步器之一。为了高性能，ReentrantLock 默认采用了非公平锁实现方式。相关类的继承关系如下所示：
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RentrantLock实际上是一层包装，根据公平和非公平需要，持有相应的公平或者非公平的同步器。内部基本所有的功能都是通过Sync及其子类实现的，Sync的lock方法是一个抽象方法，实现是通过子类实现的，公平锁和非公平锁lock操作的流程如下所示：
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非公平锁加锁流程会先有一个cas的操作尝试获取锁，成功了就执行业务代码块，不用再去排队。如果cas失败，就走正常的尝试获取锁、入队流程。因为少了入队而产生的阻塞、唤醒，使得非公平锁的性能很好。这样也会带来一个问题，就是如果新来的线程总是能抢到锁的话，队列里的线程就因为老是抢不到锁而处于饥饿状态。
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公平锁加锁流程就比较简单了，直接进行尝试获取锁、入队流程。这里的尝试获取锁里面有特殊判断（接下来马上会讲），不会造成非公平的现象，可以理解不管谁来都老老实实的去排队。
公平锁和非公平锁在尝试获取锁的操作上面会有一丝不同。如果是非公平锁，会直接通过cas再次尝试加锁（够无赖的）。而公平锁会首先判断队列里面是否已经有等待的线程了，如果有则老老实实去排队，如果没有，那就各凭本事去抢锁了，很公平。两个tryAcquire的流程如下所示：
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小结：非公平锁加锁流程会先有一个cas的操作尝试获取锁，成功了就执行业务代码块，不用再去排队。如果cas失败，就走正常的尝试获取锁、入队流程。公平锁加锁会判断是否有线程在队列中，如果没有则直接进行尝试获取锁，成功了就执行业务代码块，失败则开始入队。如果有线程已经在队列中，则进行入队。

可重入的实现方式

可重入性就是一个线程不用释放，可以重复的获取一个锁n次，只是在释放的时候，也需要相应的释放n次。可重入锁的实现解决了同一个线程需要多次获取同一个锁的问题。
要实现可重入锁，至少需要保存两个东西：现在持有锁的线程和已经上锁的次数。刚才讲上锁流程的时候，我们已经提到过两个对象exclusiveOwnerThread和state。exclusiveOwnerThread保存了持有锁的线程，state在>0的情况下保存了线程对锁的重入次数，这样在释放的时候减去相应的次数即可，等state=0时就说明已经完全释放掉了，这时候再将exclusiveOwnerThread设置为null。
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到此为止属于ReentrantLock的内容实际上基本就结束了，剩下的部分全部是AQS实现的，所以我们的重点要转向去研究AQS的结构和流程。

AQS

AQS的结构

AQS的结构不难，我们要做到的就是把下面这个图能自己闭着眼睛画出来。
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我们上面讲的获取锁，释放锁，操作的就是这个state对象。state的含义并非固定的，在ReentrantLock中，state初始化的时候是0，表示没有上锁，=1表示有线程对它加了锁，>1表示重入了多少次。在CountDownLatch中，它表示有多少个任务需要等待完成。ReentrantLock中state状态流转如下所示：
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AQS的所有结点都是Node对象，Node对象结构在上面的类图里面已经画出来了，我们需要初步的理解它：
pre/next：没什么好说的，指向前驱、后驱的结点指针。
thread：保存了入队列的线程。
waitStatus：重点理解对象！！waitStatus包括CANCELLED（线程已经被删除了）、SIGNAL（后面的线程需要被唤醒）、CONDITION（线程在等待condition条件）、PROPAGATE（共享锁需要传递），先了解即可。
nextWaiter：指向下个等待条件的Node对象，如果不是Condition的对象，默认是Node.EXCLUSIVE，表示这是个排他锁。

在有线程获取锁失败入队的情况下，整个AQS的结构大概就是这个样子：
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入队流程

以非公平锁为例，尝试加锁失败后会进入到AQS队列中。队列的对象都是Node对象，所以加入队列前会根据这个线程创建一个Node对象，Node结点的nextWaiter设置成了Node.EXCLUSIVE，然后将该结点入队，流程如下所示：
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对应代码为private Node addWaiter(Node mode)。

队列中的线程怎么抢锁

线程入队了，那么队列中的线程怎么抢锁呢？看起来似乎很简单，既然都在队列中了，那肯定就是队列头的线程先拿到锁呗。但是我们需要考虑几个问题：
1、队列中的线程抢锁什么时候触发？
2、我们知道线程没有抢到锁会被阻塞，轮到它时，该怎么被唤醒？
3、队列中如果有无效的线程怎么办？
我们带着这几个问题去看看队列的处理。
实际上，在线程抢锁失败后包装成一个Node而入队，在入队完成后，紧接着就会触发队列抢锁操作，如下所示：
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现在我们知道队列的中的线程抢锁，实际上是从入队的这个线程触发的，整个处理的流程被包在了一个死循环里面，具体的流程如下所示：

在初始化队列的时候，我们设置的了head,tail，如果入队的这个线程是第一个线程，那么它的前驱结点刚好就是head，说明它在队列头，该它去抢锁了。如果不是，理论上该线程就应马上被阻塞，但是阻塞前会做一些额外判断工作，这个时候我们的waitStatus就排上用场了！

waitStatus

waitStatus包括CANCELLED（1：线程已经被删除了）、SIGNAL（-1：后面的线程需要被唤醒）、CONDITION（-2：线程在等待condition条件）、PROPAGATE（-3：共享锁需要传递），状态流转如下所示：
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Condition和Propogate两种状态分别用于lock.newConditon和共享锁，这里暂不涉及。阻塞前的waitStatus判断和处理如下所示：

当需要被阻塞的线程设置好了“哨兵”后，就放心的调用LockSupport.park方法阻塞自己。那么B什么时候会被唤醒呢？当A线程业务处理完成后，调用unlock方法释放琐，里面就会唤醒后续的线程，流程如下所示：
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释放锁跟加锁差不多的操作，重点就在这个唤醒上面，唤醒的流程如下所示：

因为头结点是一个dummy结点，现在要唤醒它后面的线程，waitStatus需要重新恢复成0的状态。然后拿到后继线程结点，这个拿很有讲究，首先是通过h.next尝试获取，然后看看是否能拿到。如果能拿到而且是正常阻塞的线程，那万事大吉直接唤醒它。如果不幸是空或者已经删除了，则从tail往前找啊找，找到最前面的一个正常结点（没有破坏FIFO的性质，waitStatus < 0为正常状态，这里情况就是SIGNAL。队列中如果有无效的线程就会被跳过），然后唤醒它。关于为什么采用tail往前遍历的做法，可以参考这个：https://www.zhihu.com/question/50724462?sort=created。
唤醒线程后，线程就继续在死循环里去抢锁了。
对应的代码在final boolean acquireQueued(final Node node, int arg)中。

condition怎么玩的?

condition用于线程同步编程，实际上它拥有自己的队列，限于篇幅这个放在另外的文章里。

总结

ReentrantLock是最常用的锁API，在线程池ThreadPoolExecutor、阻塞队列LinkedBlockingQueue，同步工具CyclicBarrier等中都能看到它的身影。掌握好ReentrantLock的原理，可以让我们更加清楚基于它的实现的其他工具类的实现原理。

ReentrantLock实现了类似Syncronized的同步能力，但它还支持了公平锁的能力。根据公平和非公平需要，ReentrantLock持有相应的公平或者非公平的同步器。非公平锁加锁流程会先有一个cas的操作尝试获取锁，成功了就执行业务代码块，不用再去排队。如果cas失败，就走正常的尝试获取锁、入队流程。公平锁尝试加锁会判断是否有线程在队列中，如果没有则直接进行尝试获取锁，成功了就执行业务代码块，失败则开始入队。如果有线程已经在队列中，则进行入队操作。NonfairSync和FairSync的区别体现在lock和tryAcquire两个方法上面。

ReentrantLock通过exclusiveOwnerThread和state来实现可重入，exclusiveOwnerThread保存了持有锁的线程，state在>0的情况下保存了线程对锁的重入次数，这样在释放的时候减去相应的次数即可，等state=0时就说明已经完全释放掉了，这时候exclusiveOwnerThread设置为null。

AQS需要对队列和Node的类结构铭记于心，尤其是state和waitStatus含义，理解了它俩，上锁和释放锁流程就会变得非常容易。