java中锁的深入理解(二)

上一篇讲到了synchronized实现原理，这一篇一起来学习一下Lock的底层实现原理。

java.util.concurrent包中有很多lock接口的实现类，ReentrantLock,ReadWriteLock，这在我的另一篇文章中也提到了。

这些实现类的内部都使用了队列同步器AbstractQueuedSynchronizer类作为依赖。下面我们用AQS来指代AbstractQueuedSynchronizer。

AQS定义：

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends    AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {     //等待队列的头节点    private transient volatile Node head;    //等待队列的尾节点    private transient volatile Node tail;    //同步状态    private volatile int state;    protected final int getState() { return state;}    protected final void setState(int newState) { state = newState;}    ...}

AQS中使用int型变量state来表示同步状态(0表示空闲，1表示被占中)，通过内置的队列实现线程的排队工作。同步状态state，队列头指针head，队列尾指针tail都使用了volatile进行修饰，保证了多线程之间的可见性。

内部队列的定义：

static final class Node {        static final Node SHARED = new Node();        static final Node EXCLUSIVE = null;        static final int CANCELLED =  1;        static final int SIGNAL    = -1;        static final int CONDITION = -2;        static final int PROPAGATE = -3;        volatile int waitStatus;        volatile Node prev;        volatile Node next;        volatile Thread thread;        Node nextWaiter;        ...    }

队列中的每个节点存储了前缀节点prev，后缀节点next，节点中的线程thread，节点的状态waitStatus，状态的定义有四种，CANCELLED取消状态，SIGNAL等待触发状态，CONDITION等待条件状态，PROPAGATE状态需要向后传播。整个队列中，只有头节点中的线程是当前执行线程。

在并发的情况中，如果state的值为0，即状态为空闲，那么多个线程同时执行CAS修改state的值，成功修改state值的线程获得该锁。未获得锁的线程将生成新的节点，使用CAS的方式向后排队。当线程排到队列后面时，并不会马上插入，而是进行一个自旋操作。

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {        try {            boolean interrupted = false;            for (;;) {                final Node p = node.predecessor();                if (p == head && tryAcquire(arg)) {                    setHead(node);                    p.next = null; // help GC                    return interrupted;                }                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&                    parkAndCheckInterrupt())                    interrupted = true;            }        } catch (Throwable t) {            cancelAcquire(node);            throw t;        }    }

因为在node的排队的过程，头节点中的线程（即之前在执行的线程）可能已经执行完成，所以要判断该node的前一个节点pred是否为head节点（代表正在执行线程），如果pred == head，表明当前节点是队列中第一个“有效的”节点，因此再次尝试tryAcquire获取锁，如果获取到了锁，就直接将该线程设置到头节点，否则，再进行判断：

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {        int ws = pred.waitStatus;        if (ws == Node.SIGNAL)            /*             * This node has already set status asking a release             * to signal it, so it can safely park.             */            return true;        if (ws > 0) {            /*             * Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and             * indicate retry.             */            do {                node.prev = pred = pred.prev;            } while (pred.waitStatus > 0);            pred.next = node;        } else {            /*             * waitStatus must be 0 or PROPAGATE.  Indicate that we             * need a signal, but don't park yet.  Caller will need to             * retry to make sure it cannot acquire before parking.             */            pred.compareAndSetWaitStatus(ws, Node.SIGNAL);        }        return false;    }

如果前缀节点的状态为SIGNAL，表示这个节点已经设置了锁一释放就通知它的状态，那么我们就可以安全的将线程插在它的后面，并返回true。如果前缀节点的状态是取消状态，那么就跳过前缀节点，找到前面没有被取消的第一个节点，插在其后面。否则，前缀节点的状态要么是0，要么是状态向后发散，我们直接将当前节点的状态设置为SIGNAL。以上两种情况，都无须向队列中插入，所以均返回false。

线程每次被唤醒时，都要进行中断检测，如果发现当前线程被中断，那么抛出InterruptedException并退出循环。从无限循环的代码可以看出，并不是被唤醒的线程一定能获得锁，必须调用tryAccquire重新竞争，因为锁是非公平的，有可能被新加入的线程获得，从而导致刚被唤醒的线程再次被阻塞，这个细节充分体现了“非公平”的精髓。

private void unparkSuccessor(Node node) {        /*         * If status is negative (i.e., possibly needing signal) try         * to clear in anticipation of signalling.  It is OK if this         * fails or if status is changed by waiting thread.         */        int ws = node.waitStatus;        if (ws < 0)            node.compareAndSetWaitStatus(ws, 0);        /*         * Thread to unpark is held in successor, which is normally         * just the next node.  But if cancelled or apparently null,         * traverse backwards from tail to find the actual         * non-cancelled successor.         */        Node s = node.next;        if (s == null || s.waitStatus > 0) {            s = null;            for (Node p = tail; p != node && p != null; p = p.prev)                if (p.waitStatus <= 0)                    s = p;        }        if (s != null)            LockSupport.unpark(s.thread);    }

线程释放锁的过程：

如果节点的状态小于0.将节点的状态设为0。然后找到下面状态值小于0的线程，将其唤醒。

总结：

Doug Lea大神写的代码相当牛，只看源码，不看应用，很难完全理解透彻，但源码看下来总体思路还是很清晰的。