一、AQS简介

AQS全称AbstractQueuedSynchronizer,是java并发包中的一个类，该类更像是一个框架，提供了一些模板方法供子类实现，从而实现了不同的同步器，如下图所示。ReentrantLock，ReentrantReadWriteLock，ThreadPoolExecutor这些常见类都使用了AQS。
 

 
以下是AQS的成员变量：
private transient volatile Node head;
private transient volatile Node tail;
private volatile int state;
static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L;
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long stateOffset;
private static final long headOffset;
private static final long tailOffset;
private static final long waitStatusOffset;
private static final long nextOffset;
 
       看到这里大致能猜到AQS内部维护了一个双向链表，head,tail分别指向头尾，事实上，Node节点封装了尝试获取锁的线程对象，所有尝试获取锁的线程组成了一个链表，在公平锁情况下，例如ReentrantLock中的AQS子类FairSync，每次都是按照顺序头部节点先被唤醒并尝试获取锁。
        state 是同步状态位，具体是否能够获取锁就是通过修改state来实现，下面会有具体代码分析。
        spinForTimeoutThreshold相当于一个阈值，在一些提供等待时间的获取锁操作时，例如ReentrantLock. tryLock(long timeout, TimeUnit unit)方法，在判定是否需要阻塞线程时，如果时间小于spinForTimeoutThreshold，则不会被阻塞，用于快速响应一些等待时间很短的获取锁操作。
       其他成员变量是关于CAS操作的，AQS的很多操作都是基于CAS原子操作的，以确保线程安全。

二、ReentrantLock简介

ReentrantLock是根据AQS实现的独占锁，提供了两个构造方法，如下图所示：
 

 
ReentrantLock有三个内部类：Sync，NonfairSync，FairSync，继承关系如下：
 

 
ReentrantLock提供两种类型的锁：公平锁，非公平锁。分别对应FairSync，NonfairSync。默认实现是NonFairSync。
ReentrantLock提供了lock()，lockInterruptibly()，tryLock()，tryLock(long timeout, TimeUnit unit)四种获取锁的方式。

三、非公平锁lock源码分析

下面从ReentrantLock.lock()简述一下其源码实现
 

 
lock()方法内部是委托给sync变量来实现的，下面是NonfairSync的lock方法源码：
 

 
       在NonfairSync的lock方法体里，首先尝试修改state的值，上面说到，AQS很多操作都是基于CAS的，在这里，设置state的期望值是0（没有线程持有锁时的状态），修改值为1，如果成功，则返回true，并且设置持有锁的线程为当前线程。乐观情况下，lock方法获取锁操作到这里就结束了。
      但是，很多情况下并不是那么乐观，如果compareAndSetState操作失败，就会进入到acquire方法：
 

 
acquire方法在AQS类，这里，首先会调用tryAcquire方法，该方法的具体实现在NonfairSync中：

 
tryAcquire方法内部调用了Sync的nonfairTryAcquire方法：

 
       在Sync的nonfairTryAcquire方法体里，如果state为0，会再做一次compare and set操作，尝试修改state的值为1。
       如果state不为0，判断当前线程是否是持有独占锁的线程，如果是，将state值加上acquires（传入的是1），这里就是ReentrantLock可重入的内部实现。
       如果方法返回true，那么获取锁的操作结束，如果返回false，回到AQS的acquire()方法内部：

 
会继续调用方法addWaiter，返回结果后，执行 acquireQueued方法。下面看一下addWaiter方法：

 
       如上图所示，addWaiter方法的功能是将当前线程封装成Node，并加入到AQS链表尾部，参数mode是传入的Node.EXCLUSIVE,代表实例化的node是独占模式，而非共享模式，注意如果pred == null表示内部队列还没有初始化，则会调用enq(node)。或者pred != null 但是在compareAndSetTail失败时，也会调用enq(node)。例如，同时有多个线程node尝试加入到链表末尾，就会存在失败的可能。
进入到enq方法内部：

 
       这个方法的最外层是一个大的for循环，并且是一个死循环。出口返回条件只有一个：成功加入到链表的末尾。前面讲到，在链表为空或者添加node到链表末尾失败时会进入到enq方法，这里首先判断tail是否为空，如果为空，实例化一个空的Node节点，并且tail和head都指向这个空的Node，如果不为空，将node加入到链表末尾，如下图所示：
 

 
将node成功加入到链表中后，回到AQS的acquire()方法内部，开始执行acquireQueued方法：
 

 
       这里也是一个循环，循环体内首先获取node的前一个节点，即node.prev指向的节点p，接着判断p是否是head节点，如果是head节点，会尝试获取锁，tryAcquire方法在上面已经分析过。获取锁成功之后，sethead(node)会把node节点置为头节点，p.next = null将之前的head节点指向断掉，帮助jvm触发GC。最后返回当前线程在获取锁过程中是否曾经被中断。
       如果node.prev不是头节点，不会尝试获取锁，这也就是AQS内部链表的作用，会从链表的头部开始尝试获取锁，达到一个FIFO的作用。获取锁失败或者node.prev不是头节点，则会执行shouldParkAfterFailedAcquire：

 
       Node.SIGNAL说明该节点准备好被唤醒，若节点没有设置为该状态，线程不会阻塞。
shouldParkAfterFailedAcquire方法有三个作用：1、若pred.waitStatus状态位大于0，说明这个节点已经取消了获取锁的操作，doWhile循环会递归删除掉这些放弃获取锁的节点。2、若状态位不为Node.SIGNAL,且没有取消操作，则会尝试将状态位修改为Node.SIGNAL。3、状态位是Node.SIGNAL，表明线程是否已经准备好被阻塞并等待唤醒。
       最终，只有在pred.waitStatus已经等于Node.SIGNAL时才会返回true。其他情况返回false，然后acquireQueued会继续循环。
       在shouldParkAfterFailedAcquire返回true之后，acquireQueued方法体内继续执行parkAndCheckInterrupt()：
 

该方法调用LockSupport.park()方法使线程阻塞。注意，ReentrantLock.lock()获取锁阻塞就是在这一步实现。阻塞的线程在其他线程释放锁之后会被LockSupport.unpark()唤醒。LockSupport.park(),LockSuppoert.unpark()最终都是调用了UNSAFE的native方法，这里不做分析。整个ReentrantLock.lock方法就分析到这里，下面看一下unlock操作。

四、非公平锁unlock源码分析

ReentrantLock.unlock()方法内部同样是交给sync的release实现：
 

 
sync.release()方法调用是在父类AQS中， release方法会先调用子类Sync的tryRelease()方法，如下图所示：
 

 
如下是子类Sync.tryRelease()的源码：
 

 
       首先获取state值，并减去releases，这里releases为1。若当前线程非独占锁拥有线程，抛出异常。若减去1后state为0，说明可以唤醒其他线程尝试获取锁，将free设置为true并返回，设置独占锁拥有者为null。
       如果不为0，设置state为减少后的值并且返回false，这样的话，就不会有后面唤醒其他线程的操作。所以，需要注意可重入的锁，在获取锁的时候，调用了多少次lock方法，释放锁时，就需要调用多少次unlock方法。
       在返回值为true之后，回到父类的release方法，最终会调用unparkSuccessor()方法：

 
       在unparkSuccessor方法中，会获取node.next，使变量s = node.next。若s不为空且状态位小于0，则满足唤醒条件，执行LockSupport.unpark()唤醒线程。否则执行for循环递归查找到离head最近的一个待唤醒节点唤醒，节点唤醒之后会继续执行获取锁的操作，上面已经做过分析，这里不做赘述。

五、其他

由于篇幅原因，只讨论了非公平锁的实现，在这里大概讲一下公平锁的“公平”体现在哪里，根据上面讲到的，非公平锁获取锁有两个地方：
1、在NonfairSync.lock方法体入口处就直接获取锁然后退出方法；
2、加入到链表中，每次链表头部的节点被唤醒，接着尝试获取锁。虽然头部节点被唤醒之后，会尝试获取锁，但可能会有线程在在NonfairSync.lock方法体入口处不进入链表就直接取得了锁。
       而在公平锁中，如下图所示，hasQueuedPredecessors会首先判断链表中是否有排队线程，没有排队线程才会尝试获取锁，否则加入到链表排队。严格保证了所有线程都是按照链表顺序先入先出的获取锁。
 

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