尝试阅读ReentrantLock、AbstractQueuedSynchronizer源码（一）

提起ReentrantLock，想必大家最熟悉的就是这lock()、unlock()这两个方法了，那今天就从这入手吧！

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一、类结构

三个内部类：Sync、FairSync、NonfairSync

Sync : 同步器基类
FairSync ： 实现公平锁的同步器
NonfairSync ： 实现非公平锁的同步器

Sync 继承 AbstractQueuedSynchronizer；FairSync、NonfairSync继承Sync。

二、lock()流程（以公平锁为例）

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
lock.lock();

当调用lock方法时，当前线程尝试获取锁，下面来看下具体获取过程。

ReentrantLock.FairSync.lock()

static final class FairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

        final void lock() {
            //获取锁
            acquire(1);
        }

       ...
    }

调用父类的父类的acquire方法

AbstractQueuedSynchronizer.acquire()

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

这个acquire方法还是有毫复杂的，流程如下：

1、尝试获取锁（tryAcquire）
2、若尝试获取失败，则加入等待队列，并中断自己
3、若尝试获取成功，则占有锁

尝试获取锁

ReentrantLock.FairSync.tryAcquire()

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            //c:当前锁是否已被线程拥有
            int c = getState();
            if (c == 0) {
            //1.当前锁未被拥有 
            //2.当前线程是否是等待队列的第一个，很公平
            //3.CAS方式设置state值 
            //4.已独占的方式获取当前锁
                if (!hasQueuedPredecessors() &&
                    compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            //1.当前锁已被拥有
            //2.重入锁
            //3.设置state值
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0)
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

加入等待队列

AbstractQueuedSynchronizer使用双向链表来管理等待队列。结构如下：

假如threadA获取了锁，此时threadB尝试获取锁失败，则threadB加入等待队列；

acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)

1、新node假如队尾（有尾节点）

AbstractQueuedSynchronizer.addWaiter()

private Node addWaiter(Node mode) {
        //model表示独占还是共享模式
        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) {
        //如果有尾节点，将待插入的节点插入到尾节点之后
            node.prev = pred;
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                pred.next = node;
                return node;
            }
        }
        //将node节点置为尾节点
        enq(node);
        return node;
    }

2、自旋尝试获取锁

threadB被加入等待队列后，不断循环尝试获取锁。

AbstractQueuedSynchronizer.acquireQueued()

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;
                }
                //尝试获取失败是否需要阻塞当前线程
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    //阻塞当前线程
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

acquireQueued.shouldParkAfterFailedAcquire()

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.
             */
            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
        }
        return false;
    }

当线程尝试获取锁失败后，会调用shouldParkAfterFailedAcquire方法要判断是否阻塞自己。AQS(AbstractQueuedSynchronizer)使用的是CLH队列，不断的轮询前驱节点的状态，根据前驱节点的状态来决定后面的工作。
每一个节点都有使用waitStatus来表示自己的状态；具体值有：
① 1（CANCELLED）： 线程取消了竞争锁
② -1 （SIGNAL）：当前线程的后继节点需要被唤醒（unpark）
③ -2 、-3（下篇文章再细说）
④ 0 ：默认值

–> 如果前驱节点的状态为-1，则阻塞当前节点；
–> 如果前驱节点状态为1，则循环删除前驱节点，知道前驱节点的waitStatus<=0
–> 如果前驱节点的状态为其他值，则讲前驱节点的waitStatus赋值为-1

注：对于waitStatus值代表的含义是什么？为什么这样设计？我也挺迷茫的，在后几篇文章中我会尽力的去理解

下面来看看阻塞线程的方法parkAndCheckInterrupt：

AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt()

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        //阻塞当前线程
        LockSupport.park(this);
        //返回中断状态，并清空
        return Thread.interrupted();
}

LockSupport.park/unpark和Object类中的wait/notify/notifyAll方法类似，都有阻塞线程的作用；两者之后不能互相唤醒，LockSupport.unpark方法可以指定唤醒某一个线程，能够响应中断，但不会抛出中断异常。

最终threadB在执行完LockSupport.park(this)后，就阻塞了！

三、unlock()流程

ReentrantLock.unlock()

    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

AbstractQueuedSynchronizer.release()

//挺简单的
public final boolean release(int arg) {
        if (tryRelease(arg)) {
            Node h = head;
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                unparkSuccessor(h);
            return true;
        }
        return false;
    }

ReentrantLock.tryRelease()

protected final boolean tryRelease(int releases) {
            int c = getState() - releases;
            //如果当前线程不是锁拥有者，抛出异常
            if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            //是否完全释放锁，
            //如果不是，则还可以重入
            boolean free = false;
            if (c == 0) {
                free = true;
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            setState(c);
            return free;
        }

如果head指向的头结点不为null，且waitStatus !=0，则唤醒后继结点；

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)
            compareAndSetWaitStatus(node, 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;
            //从队未往前查找，找到waitStatus<=0的所有节点中排在最前面的
            for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
                if (t.waitStatus <= 0)
                    s = t;
        }
        if (s != null)
            LockSupport.unpark(s.thread);
    }

唤醒线程以后，被唤醒的线程将从以下代码中继续往前走：

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
    LockSupport.park(this); // 刚刚线程被挂起在这里了
    return Thread.interrupted();
}
// 又回到这个方法了：acquireQueued(final Node node, int arg)，这个时候，node的前驱是head了

三、未解之谜

1、waitStatus值的具体含义？
2、lock、unlock和中断的关系？
…