我們上一篇簡(jiǎn)單介紹了AQS這個(gè)技術(shù)點(diǎn)，這一篇我們從ReentrantLock這個(gè)鎖的角度來分析AQS，幫助大家理解
首先，我們先看一下ReentrantLock的內(nèi)部的抽象類Sync，這個(gè)是繼承于AQS的，重寫了其中的一些方法，我們會(huì)在下面源碼中解析，繼續(xù)往下看，記住這個(gè)Sync
我們知道這個(gè)鎖可以實(shí)現(xiàn)公平鎖和非公平鎖，我們來看下是如何實(shí)現(xiàn)的
- /**
- * Sync object for non-fair locks
- */
- static final class NonfairSync extends Sync {
- private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
- /**
- * 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);
- }
- protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
- return nonfairTryAcquire(acquires);
- }
- }
- /**
- * Sync object for fair locks
- */
- static final class FairSync extends Sync {
- private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;
- final void lock() {
- acquire(1);
- }}
上面的是非公平鎖，下面的是公平鎖，默認(rèn)的是非公平鎖，我們看下非公平鎖的實(shí)現(xiàn)是先通過CAS的方式去加鎖，加鎖成功之后就將當(dāng)前線程設(shè)置為活躍的持有鎖的線程
- /**
- * The current owner of exclusive mode synchronization.
- */
- private transient Thread exclusiveOwnerThread;
失敗的話會(huì)執(zhí)行acquire方法，OK，這里我們?cè)倏聪鹿芥iFairSync的lock方法的實(shí)現(xiàn)，這個(gè)公平鎖沒有像上面非公平鎖那樣判斷，而是直接調(diào)用了acquire方法
這里大家應(yīng)該也懂了非公平鎖和公平鎖的真正區(qū)別了吧，就是非公平鎖的時(shí)候，線程來的時(shí)候會(huì)多一次直接嘗試加鎖，剩下的操作就是一樣了
OK，讓我們進(jìn)去acquire方法看
看一下tryAcquire方法
可以看出，這里只是AQS的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，具體獲取鎖的實(shí)現(xiàn)方法是由各自的公平鎖和非公平鎖單獨(dú)實(shí)現(xiàn)的(以ReentrantLock為例)
如果該方法返回了True，則說明當(dāng)前線程獲取鎖成功，就不用往后執(zhí)行了;如果獲取失敗，就需要加入到等待隊(duì)列中。下面會(huì)詳細(xì)解釋線程是何時(shí)以及怎樣被加入進(jìn)等待隊(duì)列中的。
OK，知道了這個(gè)我們就得看看ReentrantLock是如何實(shí)現(xiàn)tryAcquire方法的
老規(guī)矩，先看一下非公平鎖中的具體實(shí)現(xiàn)
大家看代碼應(yīng)該也比較好理解，第一步先判斷state==0，這個(gè)0也就意味著這個(gè)共享資源處于空閑狀態(tài)，于是這里就會(huì)先嘗試去搶一下鎖，假如此時(shí)等待隊(duì)列中有等待線程，則就是等待線程中的第二個(gè)節(jié)點(diǎn)和這個(gè)新加入的這個(gè)線程去搶這個(gè)鎖了
為什么是第二個(gè)，因?yàn)榈谝粋€(gè)head節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的永遠(yuǎn)是占用鎖的線程節(jié)點(diǎn)Node
接下來就是判斷當(dāng)前持有鎖的線程和當(dāng)前線程是否是同一個(gè)，如果是同一個(gè)，則將state+1，這里就是ReentrantLock支持重入性的關(guān)鍵，到時(shí)候解鎖的時(shí)候也是通過減去這個(gè)state計(jì)數(shù)的
搶到鎖或者重入鎖，都會(huì)返回true，返回true，加鎖方法就直接加鎖了
如果既沒搶到鎖，又發(fā)現(xiàn)占用鎖的線程不是當(dāng)前線程，則返回false，繼續(xù)執(zhí)行
上面這是非公平鎖的tryAcquire方法，接下來咱再看這個(gè)公平鎖的tryAcquire方法
這個(gè)也是先判斷狀態(tài)是否為0，這個(gè)的==0之后的處理邏輯就很明了了，直接通過hasQueuedPredecessors方法判斷隊(duì)列中是否有等待的節(jié)點(diǎn)，如果沒有等待的節(jié)點(diǎn)，則直接通過CAS的方式進(jìn)行判斷，然后就是把當(dāng)前線程設(shè)置為活躍線程
如果有等待的節(jié)點(diǎn)，就會(huì)跳過CAS的判斷，緊接著會(huì)去判斷當(dāng)前線程和持有鎖的線程是否是同一個(gè)線程，如果是同一個(gè)線程，還是進(jìn)行計(jì)數(shù)+1，滿足可重入性
不是就返回false，此時(shí)tryAcquire方法返回false
此時(shí)，我們?cè)侔岩暯抢氐絘cquire方法
返回false之后，則會(huì)執(zhí)行addWaiter方法和acquireQueued方法
這段代碼首先會(huì)創(chuàng)建一個(gè)和當(dāng)前線程綁定的Node節(jié)點(diǎn)，Node為雙向鏈表。此時(shí)等待對(duì)內(nèi)中的tail指針為空，直接調(diào)用enq(node)方法將當(dāng)前線程加入等待隊(duì)列尾部：
第一遍循環(huán)時(shí)tail指針為空，進(jìn)入if邏輯，使用CAS操作設(shè)置head指針，將head指向一個(gè)新創(chuàng)建的Node節(jié)點(diǎn)。
此時(shí)AQS中數(shù)據(jù)：
執(zhí)行完成之后，head、tail、t都指向第一個(gè)Node元素。
接著執(zhí)行第二遍循環(huán)，進(jìn)入else邏輯，此時(shí)已經(jīng)有了head節(jié)點(diǎn)，這里要操作的就是將線程二對(duì)應(yīng)的Node節(jié)點(diǎn)掛到head節(jié)點(diǎn)后面。此時(shí)隊(duì)列中就有了兩個(gè)Node節(jié)點(diǎn)：
addWaiter()方法執(zhí)行完后，會(huì)返回當(dāng)前線程創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)信息。繼續(xù)往后執(zhí)行acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)邏輯，此時(shí)傳入的參數(shù)為線程二對(duì)應(yīng)的Node節(jié)點(diǎn)信息
acquireQueued()這個(gè)方法會(huì)先判斷當(dāng)前傳入的Node對(duì)應(yīng)的前置節(jié)點(diǎn)是否為head，如果是則嘗試加鎖。
加鎖成功過則將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)設(shè)置為head節(jié)點(diǎn)，然后空置之前的head節(jié)點(diǎn)，方便后續(xù)被垃圾回收掉。
如果加鎖失敗或者Node的前置節(jié)點(diǎn)不是head節(jié)點(diǎn)，就會(huì)通過shouldParkAfterFailedAcquire方法 將head節(jié)點(diǎn)的waitStatus變?yōu)榱薙IGNAL=-1，最后執(zhí)行parkAndChecknIterrupt方法，調(diào)用LockSupport.park()掛起當(dāng)前線程。
我們不能發(fā)現(xiàn)的一點(diǎn)，就是AQS的設(shè)計(jì)內(nèi)部，包括ReentrantLock的設(shè)計(jì)內(nèi)部。很多地方都會(huì)嘗試用CAS的方式去加鎖，就是因?yàn)樵诟咚俚倪\(yùn)轉(zhuǎn)下，可能在幾行代碼的時(shí)間一個(gè)線程就已經(jīng)用完鎖了，這樣可以最高效率的來利用資源
parkAndCheckInterrupt主要用于掛起當(dāng)前線程，阻塞調(diào)用棧，返回當(dāng)前線程的中斷狀態(tài)。
給大家看個(gè)這里的流程圖，圖片來源于網(wǎng)絡(luò)，覺得挺不錯(cuò)
從上圖可以看出，跳出當(dāng)前循環(huán)的條件是當(dāng)“前置節(jié)點(diǎn)是頭結(jié)點(diǎn)，且當(dāng)前線程獲取鎖成功”。
為了防止因死循環(huán)導(dǎo)致CPU資源被浪費(fèi)，我們會(huì)判斷前置節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)來決定是否要將當(dāng)前線程掛起，具體掛起流程用流程圖表示如下(shouldParkAfterFailedAcquire流程)：
acquireQueued中最后的finally中，如果失敗，則執(zhí)行cancelAcquire
獲取當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)，如果前驅(qū)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)是CANCELLED，那就一直往前遍歷，找到第一個(gè)waitStatus <= 0的節(jié)點(diǎn)，將找到的Pred節(jié)點(diǎn)和當(dāng)前Node關(guān)聯(lián)，將當(dāng)前Node設(shè)置為CANCELLED。
但是為什么所有的變化都是對(duì)Next指針進(jìn)行了操作，而沒有對(duì)Prev指針進(jìn)行操作呢?什么情況下會(huì)對(duì)Prev指針進(jìn)行操作?
執(zhí)行cancelAcquire的時(shí)候，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前置節(jié)點(diǎn)可能已經(jīng)從隊(duì)列中出去了(已經(jīng)執(zhí)行過Try代碼塊中的shouldParkAfterFailedAcquire方法了)，如果此時(shí)修改Prev指針，有可能會(huì)導(dǎo)致Prev指向另一個(gè)已經(jīng)移除隊(duì)列的Node，因此這塊變化Prev指針不安全。
shouldParkAfterFailedAcquire方法中，會(huì)執(zhí)行下面的代碼，其實(shí)就是在處理Prev指針。shouldParkAfterFailedAcquire是獲取鎖失敗的情況下才會(huì)執(zhí)行，進(jìn)入該方法后，說明共享資源已被獲取，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)之前的節(jié)點(diǎn)都不會(huì)出現(xiàn)變化，因此這個(gè)時(shí)候變更Prev指針比較安全。
- do {
- node.prev = pred = pred.prev;
- } while (pred.waitStatus > 0);
解鎖
接下來再對(duì)解鎖的基本流程進(jìn)行分析。由于ReentrantLock在解鎖的時(shí)候，并不區(qū)分公平鎖和非公平鎖，所以我們直接看解鎖的源碼：
點(diǎn)進(jìn)來release之后發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)還是在AQS框架中
在ReentrantLock里面的公平鎖和非公平鎖的父類Sync定義了可重入鎖的釋放鎖機(jī)制。
這個(gè)方法先去減少一次可重入次數(shù)，然后判斷當(dāng)前線程是否是持有鎖的線程，如果不是，則直接拋出異常
接著判斷c==0，等于0代表當(dāng)前的資源處于空閑狀態(tài)，便可以將當(dāng)前獨(dú)占資源的線程設(shè)置為null，然后更新state
如果不等于0，這一步釋放獨(dú)占鎖的操作便會(huì)濾過，就是普通的重入鎖減少一次重入次數(shù)，就像是重入加鎖三次，執(zhí)行這里之后只是變成2次而已，但是還是該線程持有該資源
總結(jié)
我們先是在非公平鎖和公平鎖的角度分別分析了加鎖的過程，得知非公平比公平鎖只是多了一個(gè)搶先加鎖的機(jī)會(huì)，但是如果搶不到鎖還是會(huì)執(zhí)行和公平鎖相同的邏輯
中間我們分析了公平鎖和非公平鎖的優(yōu)缺點(diǎn)，這個(gè)是面試熱點(diǎn)
然后我們還會(huì)發(fā)現(xiàn)代碼中很多地方都會(huì)嘗試用CAS的方式去搶占鎖，我們知道CPU的運(yùn)行是很快的，這樣能夠保證資源釋放釋放能夠在第一時(shí)間被等待隊(duì)列中的線程搶到鎖
最后我們又分析了這個(gè)釋放鎖的過程，這個(gè)釋放鎖并沒有公平和非公平的區(qū)分，只是其中對(duì)于重入鎖進(jìn)行了處理，就是上面最后一張圖的==0操作，因?yàn)槲覀兩厦娣治隽酥厝氲牡览硪彩菍?duì)這個(gè)state進(jìn)行累加得來的，所以這里只需要減一，然后判斷是否為0即可
0的時(shí)候就意味著此時(shí)資源處于空閑狀態(tài)，這個(gè)state是volatile的，保證了可見性
這篇只是一個(gè)籠統(tǒng)的分析，其實(shí)還有很多細(xì)節(jié)沒有分析到位，只能說AQS的設(shè)計(jì)很精妙，李老牛皮
原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/O3zw_Pjdrzdkh4xlNlJlew
