ReentrantLock 源码分析

ReentrantLock简单使用demo如下：

Lock lock = new ReentrantLock(); lock.lock();try {    //业务逻辑  } finally {  lock.unlock();}

注：获取的锁代码要放到try块之外，防止获得锁代码异常，抛出异常的同时，也会导致一次锁的释放。释放代码一定要放到finally块中。

AQS
了解java中的锁，首先的了解AQS。
AQS（AbstractQueuedSynchronizer）队列同步器。是用来构建锁或者其它同步组件的基础框架，他实现了一个int成员变量标识同步状态（更改这个变量值来获取和释放锁），通过内置的FIFO双向队列来完成资源获取线程排队的工作。
AQS可以实现独占锁和共享锁，RenntrantLock实现的是独占锁，ReentrantReadWriteLock实现的是独占锁和共享锁，CountDownLatch实现的是共享锁。

ReentrantLock 类结构信息如下图：

• ReentrantLock 实现 Lock 和 Serializable 接口
• RentrantLock 有三个内部类 Sync、NonfairSync 和 FairSync 类
• Sync 继承 AbstractQueuedSynchronizer 抽象类
• NonfairSync（非公平锁） 继承 Sync 抽象类
• FairSync（公平锁） 继承 Sync 抽象类

公平锁和非公平锁

ReentrantLock 有两种实现方式，公平锁和非公平锁。

• 公平锁：当前线程不立刻获得锁，而是先直进入等待队列中队尾进行排队获取锁。

• 非公平锁：当前线程首先尝试获取一下锁（仅仅尝试一下），如果获取不到，则乖乖的进入到等待队列中去排队。

ReentrantLock实现公平锁和非公平锁代码如下：

    /**     * Creates an instance of {@code ReentrantLock}.     * This is equivalent to using {@code ReentrantLock(false)}.     */    public ReentrantLock() {        sync = new NonfairSync();    }    /**     * Creates an instance of {@code ReentrantLock} with the     * given fairness policy.     *     * @param fair {@code true} if this lock should use a fair ordering policy     */    public ReentrantLock(boolean fair) {        sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();    }

* 获取非公平锁 *

   /**    * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal    * acquire on failure.    */   final void lock() {       if (compareAndSetState(0, 1))           setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());       else           acquire(1);   }

1. 首先通过CAS更新AQS中的state变量来获得锁（第一次获得锁），如果获取成功则把当前线程设置为独占锁
2. 如果是设置失败，进入到acquire方法

    public final void acquire(int arg) {        if (!tryAcquire(arg) &&            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))            selfInterrupt();    }

1. 首先执行tryAcquire方法，尝试获得锁。
2. 如果获取失败则进入addWaiter方法，构造同步节点，将该节点添加到同步队列尾部，并返回此节点，进入acquireQueued方法。
3. acquireQueued方法，这个新节点死是循环的方式获取同步状态，如果获取不到则阻塞节点中的线程，阻塞后的节点等待前驱节点来唤醒。

   /**    * Performs non-fair tryLock.  tryAcquire is implemented in    * subclasses, but both need nonfair try for trylock method.    */   final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {       final Thread current = Thread.currentThread();       int c = getState();       if (c == 0) {           if (compareAndSetState(0, acquires)) {               setExclusiveOwnerThread(current);               return true;           }       }       else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {           int nextc = c + acquires;           if (nextc < 0) // overflow               throw new Error("Maximum lock count exceeded");           setState(nextc);           return true;       }       return false;   }

tryAcquire调用nonfairTryAcquire方法来第二次尝试获得锁
1. 如果state变量为0，则进行CAS尝试更新state来获得锁，并把该线程设置成独占锁，并返回true。
2. 如果state变量不为0，则判断当前线程是否为独占锁，如果是，则当前state+1（可重入锁），表示获取锁成功，更新state值，并返回true。这里更新state变量，不需要CAS更新，因为，当前线程已经获得锁。

   private Node addWaiter(Node mode) {       Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);       // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure       Node pred = tail;       if (pred != null) {           node.prev = pred;           if (compareAndSetTail(pred, node)) {               pred.next = node;               return node;           }       }       enq(node);       return node;   }

将构造的同步节点加入到同步队列中
1. 使用链表的方式把该Node节点添加到队列尾部，如果tail的前驱节点不为空（队列不为空），则进行CAS添加到队列尾部。
2. 如果更新失败（存在并发竞争更新），则进入enq方法进行添加

   private Node enq(final Node node) {       for (;;) {           Node t = tail;           if (t == null) { // Must initialize               if (compareAndSetHead(new Node()))                   tail = head;           } else {               node.prev = t;               if (compareAndSetTail(t, node)) {                   t.next = node;                   return t;               }           }       }   }

该方法使用CAS自旋的方式来保证向队列中添加Node（同步节点简写Node）
1. 如果队列为空，则把当前Node设置成头节点
2. 如果队列不为空，则向队列尾部添加Node

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

在acquireQueued方法中，当前线程在死循环中尝试获取同步状态，
1. 如果当前节点的前驱节点头节点才能尝试获得锁，如果获得成功，则把当前线程设置成头结点，把之前的头结点从队列中移除，等待垃圾回收（没有对象引用）
2. 如果获取锁失败则进入shouldParkAfterFailedAcquire方法中检测当前节点是否可以被安全的挂起（阻塞），如果可以安全挂起则进入parkAndCheckInterrupt方法，把当前线程挂起,并检查刚线程是否执行了interrupted方法。

    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 {            /*             * 尝试将当前节点的前驱节点的等待状态设为SIGNAL             * 1/这为什么用CAS，现在已经入队成功了，前驱节点就是pred，除了node外应该没有别的线程在操作这个节点了，那为什么还要用CAS？而不直接赋值呢？             * （解释：因为pred可以自己将自己的状态改为cancel，也就是pred的状态可能同时会有两条线程（pred和node）去操作）             * 2/既然前驱节点已经设为SIGNAL了，为什么最后还要返回false             * （因为CAS可能会失败，这里不管失败与否，都返回false，下一次执行该方法的之后，pred的等待状态就是SIGNAL了）             * （网上摘抄的，解释的很明白）             */            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);        }        return false;    }

waitStatus状态值

状态 值 说明 CANCELLED 1 等待超时或者中断，需要从同步队列中取消 SIGNAL -1 后继节点出于等待状态，当前节点释放锁后将会唤醒后继节点 CONDITION -2 节点在等待队列中，节点线程等待在Condition上，其它线程对Condition调用signal()方法后，该节点将会从等待同步队列中移到同步队列中，然后等待获取锁。 PROPAGATE -3 表示下一次共享式同步状态获取将会无条件地传播下去 INITIAL 0 初始状态

1. 首先获取前驱节点的等待状态ws
2. 如果ws为SIGNAL则表示可以被前驱节点唤醒，当前线程就可以挂起，等待前驱节点唤醒，返回true（可以挂起）
3. 如果ws>0说明，前驱节点取消了，并循环查找此前驱节点之前所有连续取消的节点。并返回false（不能挂起）。
4. 尝试将当前节点的前驱节点的等待状态设为SIGNAL

    private final boolean parkAndCheckInterrupt() {        LockSupport.park(this);        return Thread.interrupted();    }

把当前线程挂起,并检查刚线程是否执行了interrupted方法，并返回true、false。

公平锁

公平锁和非公平锁实现方式是一样的，唯一不同的是tryAcquire方法的实现，下面是公平锁tryAcquire方法实现：

   protected final boolean tryAcquire(int acquires) {       final Thread current = Thread.currentThread();       int c = getState();       if (c == 0) {           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;   }

1. 首先获取当前锁状态，如果当前state==0（无锁），则进行获取锁操作
2. hasQueuedPredecessors方法判断头结点是否当前线程，如果是当前线程则进行CAS更新获得锁，获取成功，把当前线程设置成独占锁。

3. 如果不是头结点或获取锁失败则，则判断当前线程是否为独占锁，如果是，则当前state+1（可重入锁），表示获取锁成功，更新state值，并返回true。这里更新state变量，不需要CAS更新，因为，当前线程已经获得锁。

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