并发编程笔记一-ReentrantLock源码深度解析

一. 深入ReentrantLock

1 ReentrantLock和synchronized有什么区别？

1. ReentrantLock是java.util.concurrent.locks下的某个工具类，而synchronized属于java当中的关键字，不过二者都属于JVM层面实现的互斥锁。

2. 使用方式不同，ReentrantLock可以使用lock()，trylock()，lockInterruptibly()等方法进行加锁，但释放锁同时也是手动去操作的，一般往往都是使用try finally{}代码中，调用unlock方法对锁进行释放。而synchronized作为关键字，用在类上，方法上以及代码块中，使用时都是针对某一个对象或者类对象进行加锁，同时在使用完毕后，它会自己对锁进行释放，对新手来说比较友好。

3. ReentrantLock比synchronized的功能更全面，使用起来也更灵活，如通过ReentrantLock可以实现公平锁，而synchronized关键字只有非公平锁的实现。且ReentrantLock还可以通过如tryLock()等方法去控制获取锁资源的超时时间，而synchronized也是做不到这点的。

4. JDK1.5版本时，推出了ReentrantLock，此时lock的性能是高于synchronized关键字的，当时的sychronized只有悲观锁的一个功能。而在JDK1.6版本，java团队对synchronized做了一系列的优化，如锁消除，锁膨胀和锁升级，优化过后的synchronized性能与ReentrantLock性能几乎无异。

二者如何选择：如果对并发编程比较熟练的开发建议用ReentrantLock，因为它的功能更加丰富，使用起来也更加灵活。如果对并发编程掌握程度比较一般，还是推荐使用synchronized。

2 AQS

AQS就是AbstractQueuedSynchronizer抽象类，AQS其实就是JUC包下的一个基类，JUC下的很多内容都是基于AQS实现了部分功能，比如ReentrantLock，ThreadPoolExecutor，阻塞队列，CountDownLatchSemaphore，CyclicBarrier等等都是基于AQS实现。

首先AQS中提供了一个由volatile修饰，并且采用CAS方式修改的int类型的state变量。

其次AQS中维护了一个双向链表，有head，有tail，并且每个节点都是Node对象。

以下，是AQS的内部类：Node的源码（注解是按照自己理解加的，与本次学习ReentrantLock无关的，一律都加了可忽略标识，可先不用关注它们），关于AQS，我也有会一个专题对其进行更详细的解析。

  static final class Node {
        
        // 本次学习可暂时忽略（共享锁下会用到节点）
        static final Node SHARED = new Node();
        
        // 本次学习可暂时忽略（排他锁下会用到节点）
        static final Node EXCLUSIVE = null;
        
        // 节点状态，1代表该节点被取消。
        static final int CANCELLED =  1;

        // 节点状态，代表该节点正常且可被唤醒。
        static final int SIGNAL    = -1;
        
        // 本次学习可暂时忽略（代表节点处于等待条件执行的状态）
        static final int CONDITION = -2;
        
        // 本次学习可暂时忽略（表示下一个acquireShared应无条件传播）
        static final int PROPAGATE = -3;

        // 非常关键：这是锁（节点）的等待状态，上面几个static final修饰的常量可以理解为它的枚        举值。
        volatile int waitStatus;

        // 前置节点
        volatile Node prev;

        // 后继节点
        volatile Node next;
        
        // 当前节点所绑定的线程
        volatile Thread thread;
        
        // 本次学习可忽略（链接到下一个节点等待条件，或特殊值SHARED。因为只有在独占模式下保持时才能访问条件队列，所以我们只需要一个简单的链接队列来在节点等待条件时保持它们。然后，它们被转移到队列中以重新获取。由于条件只能是独占的，我们通过使用特殊值来指示共享模式来保存字段。）
        Node nextWaiter;
        
        // 本次学习可忽略
        final boolean isShared() {
            return nextWaiter == SHARED;
        }
           
        // 获取当前节点的前置节点。
        final Node predecessor() throws NullPointerException {
            Node p = prev;
            if (p == null)
                throw new NullPointerException();
            else
                return p;
        }

        Node() {  
        }

        Node(Thread thread, Node mode) {  
            this.nextWaiter = mode;
            this.thread = thread;
        }

        Node(Thread thread, int waitStatus) { 
            this.waitStatus = waitStatus;
            this.thread = thread;
        }
    }

根据上述源码，我们可以大致去构造一下我们本次学习需要了解的AQS内部节点的结构和属性，如下图2-1 AQS内部构造图所示。

        图2-1 AQS内部构造图所示

3 加锁流程源码解析

 3.1 加锁流程概述

本次我们要学习ReetrantLock的整体加锁流程，大致如下图3-1 加锁流程示例图，图中也有详细的文字对流程进行细化描述。

图3-1 加锁流程示例图

3.2  三种加锁源码解析

        在了解完ReentrantLock的大致加锁流程后，我们再来阅读加锁的源码，你就会发现原来是如此的简单。这也是我们阅读源码的一个常用技巧，先了解它是做什么的，流程是什么，再带着对它的理解去仔细阅读它的源码（注：以下源码版本都是基于JDK1.8）。

        3.2.1 lock()方法解读

        1. ReentrantLock是分公平锁与非公平锁的，因此，我们点进lock方法后，会发现公平锁与非公平锁的执行套路是不一样的，如下源码示例。

// 非公平锁
final void lock() {
    // 直接以CAS的方式进行锁资源抢占，具体方式是看当前线程是