7、ReentrantLock

1、管程 — Java同步的设计思想

管程：指的是管理共享变量以及对共享变量的操作过程，让他们支持并发。
互斥：同一时刻只允许一个线程访问共享资源；
同步：线程之间如何通信、协作。
MESA模型
  在管程的发展史上，先后出现过三种不同的管程模型，分别是Hasen模型、Hoare模型和MESA模型。现在正在广泛使用的是MESA模型。

  管程中引入了条件变量的概念，而且每个条件变量都对应有一个等待队列。条件变量和等待队列的作用是解决线程之间的同步问题。

2. AQS原理分析

2.1什么是AQS

  java.util.concurrent包中的大多数同步器实现都是围绕着共同的基础行为，比如等待队列、条件队列、独占获取、共享获取等，而这些行为的抽象就是基于AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS）实现的，AQS是一个抽象同步框架，可以用来实现一个依赖状态的同步器。
JDK中提供的大多数的同步器如Lock, Latch, Barrier等，都是基于AQS框架来实现的

• 一般是通过一个内部类Sync继承 AQS
• 将同步器所有调用都映射到Sync对应的方法

AQS具备的特性

• 阻塞等待队列
• 共享/独占
• 公平/非公平
• 可重入
• 允许中断

2.2 AQS核心结构

AQS内部维护属性：vloatile int state, state 表示资源的可用状态
State三种访问方式

• getState()
• setstate()
• compareAndSetState()

定义了两种资源访问方式：

• Exclusive-独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock
• Share-共享，多个线程可用同时执行，如Semaphore/CountDownLatch

AQS实现时主要实现以下几种方式：

• isHeldExclusively():该线程是否正在独占资源，只有用到condition才需要去实现它
• tryAcquire(int):独占方式。尝试获取资源，成功则返回TRUE，失败返回FALSE
• tryRelease（int）:独占方式。尝试释放资源，成功返回TRUE，失败返回FALSE
• tryAcquireShared(int):共享方式。尝试获取资源，负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源
• tryReleaseShared(int):共享方式。尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待节点返回TRUE，否则返回FALSE

2.3 AQS定义两种队列

1、同步等待队列：只要用于维护获取锁失败时入队的线程
2、条件等待队列：调用await()时会释放锁，然后线程会加入到条件队列，调用signal()唤醒的时候会把条件队列中的线程节点移动到同步队列中，等待再次获取锁
AQS定义了5个队列中节点状态：
1、值为0，初始化状态，表示当前节点在sync队列中，等待着获取锁
2、cancelled，值为1，表示当前线程被取消
3、signal，值为-1，表示当前节点的后续节点包含的线程需要允许，也就是unpark
4、condition，值为-2，表示当前节点在等待condition，也就是在condition队列中
5、propagate，值为-3，表示当前场景下后续的acquireShared那个得以执行
同步等待队列
  AQS当中的同步等待队列也称CLH队列，CLH队列是Craig、Landin、Hagersten三人发明的一种基于双向链表数据结构的队列，是FIFO先进先出线程等待队列，Java中的CLH队列是原CLH队列的一
个变种,线程由原自旋机制改为阻塞机制。
  AQS 依赖CLH同步队列来完成同步状态的管理：

• 当前线程如果获取同步状态失败时，AQS则会将当前线程已经等待状态等信息构造成一个节点（Node）并将其加入到CLH同步队列，同时会阻塞当前线程
• 当同步状态释放时，会把首节点唤醒（公平锁），使其再次尝试获取同步状态。
• 通过signal或signalAll将条件队列中的节点转移到同步队列。（由条件队列转化为同步队列）
  
  条件等待队列
  AQS中条件队列是使用单向列表保存的，用nextWaiter来连接:
• 调用await方法阻塞线程；
• 当前线程存在于同步队列的头结点，调用await方法进行阻塞（从同步队列转化到条件队列）

3. ReentrantLock源码分析

  ReentrantLock是一种基于AQS框架的应用实现，是JDK中的一种线程并发访问的同步手段，它的功能类似于synchronized是一种互斥锁，可以保证线程安全。
ReentrantLock基本使用方式

public class ReentrantLockTest {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    public void doSomething() {
        lock.lock(); // block until condition holds
        try {
            // ... method body
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

源码阅读过程中要关注的问题
1.公平和非公平锁，可重入锁是如何实现的
2.设计的精髓：并发场景下入队和出队操作是如何设计的:

• 线程竞争锁失败入队阻塞逻辑实现
• 释放锁的线程唤醒阻塞线程出队竞争锁的逻辑实现