AQS----tryAcquire和tryRelease(int)详解

独占式同步状态获取与释放
独占式同步状态获取
● tryAcquire(int)：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
● tryRelease(int)：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
#acquire(int arg) 方法，为 AQS 提供的模板方法。该方法为独占式获取同步状态，但是该方法对中断不敏感。也就是说，由于线程获取同步状态失败而加入到 CLH 同步队列中，后续对该线程进行中断操作时，线程不会从 CLH 同步队列中移除。代码如下：

//目的是为了去获取锁
public final void acquire(int arg) {
    //如果成功获得到锁，则没有必要进入到队列排队
    if (!tryAcquire(arg) &&
        //前面方法失败，这个时候就需要把当前线程挂起，放入到阻塞队列中
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

● #tryAcquire(int arg) 方法 : 直接抛出 UnsupportedOperationException 异常。尝试以独占模式获取。这个方法应该查询对象的状态是否允许以独占模式获取它，如果允许，则获取它。

  protected boolean tryAcquire(int arg) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
	//ReentantLock的tryAcquire的实现
    // 尝试直接获取锁，返回值是boolean，代表是否获取到锁
    // 返回true：1.没有线程在等待锁；2.重入锁，线程本来就持有锁，也就可以理所当然可以直接获取
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        // state == 0 此时此刻没有线程持有锁
        if (c == 0) {
            // 虽然此时此刻锁是可以用的，但是这是公平锁，既然是公平，就得讲究先来后到，
            // 看看有没有别人在队列中等了半天了
            if (!hasQueuedPredecessors() &&
                // 如果没有线程在等待，那就用CAS尝试一下，成功了就获取到锁了，
                // 不成功的话，只能说明一个问题，就在刚刚几乎同一时刻有个线程抢先了 =_=
                // 因为刚刚还没人的，我判断过了
                compareAndSetState(0, acquires)) {

                // 到这里就是获取到锁了，标记一下，告诉大家，现在是我占用了锁
                setExclusiveOwnerThread(current);
                return true;
            }
        }
        // 会进入这个else if分支，说明是重入了，需要操作：state=state+1
        // 这里不存在并发问题
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            int nextc = c + acquires;
            if (nextc < 0)
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            setState(nextc);
            return true;
        }
        // 如果到这里，说明前面的if和else if都没有返回true，说明没有获取到锁
        // 回到上面一个外层调用方法继续看:
        // if (!tryAcquire(arg) 
        //        && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) 
        //     selfInterrupt();
        return false;
    }

首先判断这个锁有没有被别人获取，如果没有人获取，那么将锁的标识改为自己并返回成功，如果是自己获取的，那么就将状态位+1代表重入并返回成功。返回false表明获取锁失败需要进行后面的行为,将该线程加入到队列中。
● addWaiter(Node.EXCLUSIVE)：当同步状态获取失败时，构建一个独占式节点并将其加入到同步队列的尾部

if (!tryAcquire(arg) &&
    // tryAcquire(arg)没有成功，这个时候需要把当前线程挂起，放到阻塞队列中。
    acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) {
    selfInterrupt();
}
//作用：构造节点以及加入到队列里面
//参数mode此时是Node.EXCLUSIVE，表示独占模式
private Node addWaiter(Node mode) {
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
   	//快速加入
    Node pred = tail;
    if (pred != null) {
        node.prev = pred;
        //从CAS来设置加入到队列里面
        //这里node和tail进行了绑定
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    // 说明 pred==null(队列是空的) 或者 CAS失败(有线程在竞争入队)
	//通过死循环的方法来保证节点的正确添加
    enq(node);
    return node;
}
// 采用自旋的方式入队
// 之前说过，到这个方法只有两种可能：等待队列为空，或者有线程竞争入队，
// 自旋在这边的语义是：CAS设置tail过程中，竞争一次竞争不到，我就多次竞争，总会排到的
private Node enq(final Node node) {
    for (;;) {
        Node t = tail;
        // 之前说过，队列为空也会进来这里
        if (t == null) { // Must initialize
            // 初始化head节点
            // 原来 head 和 tail 初始化的时候都是 null 的
            // 还是一步CAS，你懂的，现在可能是很多线程同时进来呢
            if (compareAndSetHead(new Node()))
                // 给后面用：这个时候head节点的waitStatus==0, 看new Node()构造方法就知道了

                // 这个时候有了head，但是tail还是null，设置一下，
                // 把tail指向head，放心，马上就有线程要来了，到时候tail就要被抢了
                // 注意：这里只是设置了tail=head，这里可没return哦，没有return，没有return
                // 所以，设置完了以后，继续for循环，下次就到下面的else分支了
                tail = head;
        } else {
            // 下面几行，和上一个方法 addWaiter 是一样的，
            // 只是这个套在无限循环里，反正就是将当前线程排到队尾，有线程竞争的话排不上重复排
            node.prev = t;
            if (compareAndSetTail(t, node)) {
                t.next = node;
                return t;
            }
        }
    }
}

● acquireQueued(Node, arg)) : 获取该节点指定数量的资源，通过自旋的方式直到获取成功，返回是该节点线程的中断状态。

  if (!tryAcquire(arg) 
        && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) 
        selfInterrupt();
	// 下面这个方法,参数node,经过addWaiter(Node.EXCLUSIVE)，此时已经进入阻塞队列
    // 注意一下：如果acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))返回true的话
    // 意味着上面这段代码将进入selfInterrupt()，所以正常情况下，下面应该返回false
    // 这个方法非常重要，应该说真正的线程挂起，然后被唤醒后去获取锁，都在这个方法里了
	final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true;
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                //获取p的前置节点
                final Node p = node.predecessor();
                //p == head 说明当前节点虽然进到了阻塞队列，但是是阻塞队列的第一个，因为它的前驱是head
                //注意，同步队列不包含head节点，head一般指的是占有锁的线程，head后面的才称为同步队列
                // 所以当前节点可以去试抢一下锁
                // 这里我们说一下，为什么可以去试试：
                // 首先，它是队头，这个是第一个条件，其次，当前的head有可能是刚刚初始化的node，
                // enq(node) 方法里面有提到，head是延时初始化的，而且new Node()的时候没有设置任何线程
                // 也就是说，当前的head不属于任何一个线程，所以作为队头，可以去试一试，
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return interrupted;
                }
                // 到这里，说明上面的if分支没有成功，要么当前node本来就不是对头
                // 要么就是tryAcquire(arg)没有抢赢别人
               	
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }
	// 会到这里就是没有抢到锁呗，这个方法说的是："当前线程没有抢到锁，是否需要挂起当前线程？"
    // 第一个参数是前驱节点，第二个参数才是代表当前线程的节点
    private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
        int ws = pred.waitStatus;
        // 前驱节点的 waitStatus == -1 ，说明前驱节点状态正常，当前线程需要挂起，直接可以返回true
        if (ws == Node.SIGNAL)
            /*
             * This node has already set status asking a release
             * to signal it, so it can safely park.
             */
            return true;

        // 前驱节点 waitStatus大于0 ，之前说过，大于0 说明前驱节点取消了排队。
        // 这里需要知道这点：进入阻塞队列排队的线程会被挂起，而唤醒的操作是由前驱节点完成的。
        // 所以下面这块代码说的是将当前节点的prev指向waitStatus<=0的节点，
        // 简单说，就是为了找个好爹，因为你还得依赖它来唤醒呢，如果前驱节点取消了排队，
        // 找前驱节点的前驱节点做爹，往前遍历总能找到一个好爹的
        if (ws > 0) {
            /*
             * Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
             * indicate retry.
             */
            //找到一个标志位SIGNAL的节点,并将该节点的next指针指向新节点。
            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.
             */ 
            // 仔细想想，如果进入到这个分支意味着什么
            // 前驱节点的waitStatus不等于-1和1，那也就是只可能是0，-2，-3
            // 在我们前面的源码中，都没有看到有设置waitStatus的，所以每个新的node入队时，waitStatu都是0
            // 正常情况下，前驱节点是之前的 tail，那么它的 waitStatus 应该是 0
            // 用CAS将前驱节点的waitStatus设置为Node.SIGNAL(也就是-1)
            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
        }
        // 这个方法返回 false，那么会再走一次 for 循序，
        //     然后再次进来此方法，此时会从第一个分支返回 true
        return false;
    }

    // private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node)
    // 这个方法结束根据返回值我们简单分析下：
    // 如果返回true, 说明前驱节点的waitStatus==-1，是正常情况，那么当前线程需要被挂起，等待以后被唤醒
    //        我们也说过，以后是被前驱节点唤醒，就等着前驱节点拿到锁，然后释放锁的时候叫你好了
    // 如果返回false, 说明当前不需要被挂起，为什么呢？往后看

    // 跳回到前面是这个方法
    // if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
    //                parkAndCheckInterrupt())
    //                interrupted = true;

    // 1. 如果shouldParkAfterFailedAcquire(p, node)返回true，
    // 那么需要执行parkAndCheckInterrupt():

    // 这个方法很简单，因为前面返回true，所以需要挂起线程，这个方法就是负责挂起线程的
    // 这里用了LockSupport.park(this)来挂起线程，然后就停在这里了，等待被唤醒=======
    private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        LockSupport.park(this);
        return Thread.interrupted();
    }

// 2. 接下来说说如果shouldParkAfterFailedAcquire(p, node)返回false的情况

// 仔细看shouldParkAfterFailedAcquire(p, node)，我们可以发现，其实第一次进来的时候，一般都不会返回true的，原因很简单，前驱节点的waitStatus=-1是依赖于后继节点设置的。也就是说，我都还没给前驱设置-1呢，怎么可能是true呢，但是要看到，这个方法是套在循环里的，所以第二次进来的时候状态就是-1了。

// 解释下为什么shouldParkAfterFailedAcquire(p, node)返回false的时候不直接挂起线程：
// => 是为了应对在经过这个方法后，node已经是head的直接后继节点了。剩下的读者自己想想吧。

}

解锁操作

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

public final boolean release(int arg) {
    // 判断有没有被释放
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    //表明该锁被重入了多次,当前并没有解锁
    return false;
}

// 回到ReentrantLock看tryRelease方法
protected final boolean tryRelease(int releases) {
    int c = getState() - releases;
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    // 是否完全释放锁
    boolean free = false;
    // 其实就是重入的问题，如果c==0，也就是说没有嵌套锁了，可以释放了，否则还不能释放掉
    if (c == 0) {
        free = true;
        setExclusiveOwnerThread(null);
    }
    setState(c);
    return free;
}
// 唤醒后继节点
// 从上面调用处知道，参数node是head头结点
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;
    // 如果head节点当前waitStatus<0, 将其修改为0
    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.
     */
    // 下面的代码就是唤醒后继节点，但是有可能后继节点取消了等待（waitStatus==1）
    // 从队尾往前找，找到waitStatus<=0的所有节点中排在最前面的
    Node s = node.next;
    if (s == null || s.waitStatus > 0) {
        s = null;
        // 从后往前找，仔细看代码，不必担心中间有节点取消(waitStatus==1)的情况
        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
            if (t.waitStatus <= 0)
                s = t;
    }
    if (s != null)
        // 唤醒线程
        LockSupport.unpark(s.thread);
}

在并发环境下，加锁和解锁需要以下三个部件的协调：

1. 锁状态。我们要知道锁是不是被别的线程占有了，这个就是 state 的作用，它为 0 的时候代表没有线程占有锁，可以去争抢这个锁，用 CAS 将 state 设为 1，如果 CAS 成功，说明抢到了锁，这样其他线程就抢不到了，如果锁重入的话，state进行 +1 就可以，解锁就是减 1，直到 state 又变为 0，代表释放锁，所以 lock() 和 unlock() 必须要配对啊。然后唤醒等待队列中的第一个线程，让其来占有锁。
2. 线程的阻塞和解除阻塞。AQS 中采用了 LockSupport.park(thread) 来挂起线程，用 unpark 来唤醒线程。
3. 阻塞队列。因为争抢锁的线程可能很多，但是只能有一个线程拿到锁，其他的线程都必须等待，这个时候就需要一个 queue 来管理这些线程，AQS 用的是一个 FIFO 的队列，就是一个链表，每个 node 都持有后继节点的引用。AQS 采用了 CLH 锁的变体来实现，感兴趣的读者可以参考这篇文章关于CLH的介绍，写得简单明了。

参考

https://javadoop.com/post/AbstractQueuedSynchronizer 非常棒的一篇文章