Lock、ReentrantLock和AbstractQueuedSynchronizer的源码要点分析整理

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转载最新推荐文章于 2026-04-21 11:50:12 发布 1.7k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

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前面已经说了很多Java并发和线程安全的东西，也提到并对比了内在锁和J.U.C包(java.util.concurrent包，后同)中Lock的锁。从这篇开始，对Java并发的整理从理论进入“实践”阶段，本篇对Lock、ReentrantLock和AbstractQueuedSynchronizer源码做简要分析和整理。先从Lock这个interface说起，然后分析ReentrantLock和AQS的实现。

0. 我们先看下Lock接口和ReentrantLock的大体实现。

public interface Lock {
    void lock();
    void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
    boolean tryLock();
    boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    void unlock();
    Condition newCondition();
}

可以看得出来，Lock能做这样几件事：

常规地获得锁
可中断地获得锁
尝试性获得锁，非阻塞
尝试性获得锁，如果超时则返回
解锁
生成和当前锁相关的条件（队列）对象

再来看下ReentrantLock的情况：

类声明，如下实现了Lock和Serializable接口

public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable

属性，主要的属性只有内部类Sync的对象属性sync，ReentrantLock类的操作实际上都落在了sync身上
构造方法，有重载实现的两个，单参数的方法参数的含义为是否为公平锁，方法的实现就是构造一个Sync对象（根据公平参数，确定是FairSync还是NonfairSync）并赋值给sync，默认构造方法会调用参数为false的方法
lock()和newCondition()调用sync的同名方法
lockInterruptibly()调用sync的acquireInterruptibly(1)
tryLock()调用sync的nonfairTryAcquire(1)
等待性tryLock()调用sync的tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(timeout))
unlock()调用sync的release(1)

除此之外，ReentrantLock是可重入锁，还有一些支持可重入的方法，这里不细说。可以说ReetrantLock是基于它的内部类Sync的对象来实现的，接下来看下Sync的类层次结构：

从eclipse中看，类层次结构一目了然，Sync被FairSync和Nonfair扩展，而父层有AbstactOwnableSynchronizer和AbstractQueuedSynchronizer。前者实现了当前同步器被哪个线程占有的逻辑，实现了get/setExclusiveOwnerThread()方法，确定获取当前互斥锁的Thread对象。后者则是java.util.concurrent包中非常重要的类，下面就重点来说说这个AbstractQueuedSynchronizer(AQS)。

1. AQS的队列结构和队列节点

从AbstractQueuedSynchronizer的名字就可以看得出来，这个类是抽象的队列的同步器。同步器不用说了；有关抽象的，以及具体如何和扩展的子类配合实现加锁和解锁，后面那段会具体描述；这里我们看看AQS的比较重要比较核心的部分，也就是状态处理和队列的实现。

从AQS类在eclipse的outline中，可以看出，除了序列化和具体的Unsafe底层操作相关的东西，AQS有三个最重要的属性和两个内部类:

private volatile int state
private transient volatile Node head
private transient volatile Node tail
static final class Node
public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable

其中state是当前的锁状态，通常（至少ReentrantLock是这么用的）这是锁是否被占用的一个重要标志，在ReentrantLock实现中是获得锁的重入线程数，0的时候是没有线程占用这个锁的。而和AQS实例绑定（就是非静态的内部类）的ConditionObject类是与条件对列相关的对象，后面细说。剩下的最重要就是Node静态内部类，也是构成队列的主要数据结构。其实此Node实现也并不复杂，就是通常的双向链表结构，有指向前后节点的引用，除此之外就是链表节点的数据部分，有如下属性字段：

volatile int waitStatus。当前节点的状态，主要表示当前线程是获得锁、等待锁、在等待队列中等状态，对应于Node类中的几个常量
volatile Thread thread。当前节点对应的线程对象。
Node nextWaiter。AQS为每个条件对象单独维护了一个等待队列，依靠的就是这个属性引用。

在锁队列维护上，实际上是双向的。每次创建新节点，以当前线程为数据，nextWaiter指向互斥常量或共享常量。新增结点时，获取tail，并设置新节点的prev为tail，并尝试原子操作设置新节点为tail节点，如果tail结点为空或者设置tail结点出问题则调用enq方法循环尝试，其中为空状态时，则new一个空Node为head，并让tail=head。

出队列的操作实际上是和线程相关的，在阻塞等待获得锁的过程中或者是执行condition的await()时，调用acquireQueued()方法，循环比较当前线程结点的上一个结点是不是head并调用tryAcquire()。如果成功，则设置当前node为head，并解除当前node向前以及前一个结点指向当前node的引用（设置为null）,这样前一个结点就失去了引用链上的引用。第一次出队列的是首次初始化队列时创建的空Node对象，后面依次是之前被解锁的线程对应的node。当然，如果tryAcquire()不成功，则会将判断当前node的状态，如果是0则设置为SIGNAL常量并用LockSupport的park()方法挂起当前线程。

2. Sync和AQS的配合以及ReentrantLock的lock()和unlock()实现。
前面简单说到过，ReentrantLock的lock方法调用了sync的lock()方法，而不管是公平实现(FairSync)还是非公平实现(NonfairSync)，所做的主要工作都是调用AQS的acquire()方法。而unlock()方法更直接，调用的是AQS的release()方法。

更进一步，对于acquire()和release()方法，所做的大概操作有两样，一个是调用名字为try开头的方法，即tryAcquire()和tryRelease()等，此外就是做队列和线程相关的操作。而对于AQS，有如下五个方法是未完整实现，需要扩展的子类进行定义的：

protected boolean tryAcquire(int arg)
protected boolean tryRelease(int arg)
protected int tryAcquireShared(int arg)
protected boolean tryReleaseShared(int arg)
protected boolean isHeldExclusively()

结合ReentrantLock及其内部类Sync（以NonfairSync为例）的实现，主要是tryAcquire()和tryRelease()，我们看下如何构造锁操作。

当加锁时，调用acquire()方法，acquire()会尝试原子操作tryAcquire()。这个方法在非公平实现中，主要是通过AQS的state来检查和维护锁状态，如果state是0，说明没有线程占有这个锁，如果不为0并且锁的占有线程是当前线程，则是重入的情况，均可以获得锁并修改state值。如果是首次获得锁，则设置锁占有线程为当前线程。当然，如果前面两种情况都不满足，说明尝试获得锁失败，需要做前面段落所述的队列操作，创建一个等待结点并进入循环，循环中的park()调用挂起当前线程。

当解锁时，做对应而相反的操作。release()调用tryRelease()方法，如果修改state值成功，则找到队列中应该唤起的结点，对节点中的线程调用unpark()方法，恢复线程执行。这个操作在被恢复执行线程acquireQueued()方法的循环中完成，释放头结点并返回是否中断的状态，继续执行。

3. Lock的五个特点方面：尝试性非阻塞获得锁可中断、时间调度、公平性、一对多。

下面在简单介绍下ReentrantLock比起内在的synchronized锁的一些优秀特点的实现：