深入体会优于synchronized的ReentrantLock的实现原理

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1. Lock接口

1.1 引入

Lock接口是Jdk 5之后Java所提供的用于显式的获取和释放锁的接口,接口的定义如下:

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

它的实现类有常用的ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock等,如下所示:


image-20200903145628143

Lock接口相对于sychronized关键字来实现线程同步的优势在于:

  • 尝试非阻塞的获取锁:当前线程尝试获取锁,如果这一时刻没有被其他的线程获取到,那么该线程可以成功获取并持有锁
  • 能被中断的获取锁:获取到锁的线程能够响应中断,当获取到锁的线程被中断时,中断异常将会被抛出,同时锁将会被释放
  • 超时获取锁:在指定的截止时间之前获取锁,如果截止时间到了仍然没有获取到锁,则返回

1.2 API

Lock接口中定义的关于锁的获取的释放的方法如下所示:

  • lock():获取锁

  • lockInterruptibly():可中断地获取锁,在获取锁的过程中可响应中断

  • tryLock():尝试非阻塞的获取锁,调用该方法后立即返回。如果能够获取到锁,返回true;否则返回false

  • tryLock(long time, TimeUnit unit):超时的获取锁,当前线程会在以下三种情况下返回:

    • 当前线程在超时时间内获取到了锁
    • 当前线程在超时时间内被中断
    • 超时时间结束,返回false
  • unlock():释放锁

  • Condition newCondition:获取等待通知组件,该组件和当前线程绑定,当前线程只有获取到了锁,才能调用该组件的wait()方法,而调用后,当前线程将释放锁


2. 队列同步器

2.1 概念

队列同步器(AbstractQueuedSychronizer,AQS)是一个阻塞式锁和相关的同步器工具的框架。Lock锁通过在锁的实现中聚合同步器,利用同步器来实现锁的语义。其他同步组件的基本框架,例如Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier等也是依赖于AQS实现的。

AQS通过在类中定义一些和同步相关的抽象方法来作为父类使用,其他子类通过继承它并实现其中的抽象方法来实现自定义同步组件。子类通常作为自定义同步组件的静态内部类实现,用户在使用同步组件时不会接触到具体的子类,组件中的方法的实现会代理到子类上。

AQS中使用了state来表示资源的状态(独占模式和共享模式),子类使用如下的方法来维护state,进而来控制如何获取和使用锁:

  • getState():获取state状态
  • setState():设置state状态
  • compareAndSetState():通过CAS机制来设置state状态

独占模式表示只有一个线程可以访问资源。共享模式表示资源允许被多个线程访问。

它的定义如下:

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
    extends AbstractOwnableSynchronizer
    implements java.io.Serializable {
    
    // 队列的head和tail节点,同步状态state都被volatile修饰,保证修改的可见性 
    private transient volatile Node head;

    private transient volatile Node tail;

    private volatile int state;

    ......
}

类中定义的抽象方法大致上分为三类:独占式获取与释放同步状态、共享式获取与释放同步状态和查询同步队列中的等待线程情况 ,例如:

  • protected boolean tryAcquire(int arg):独占式获取同步状态,首先查询当前状态并判断同步状态是否符合预期,然后再通过CAS设置同步状态
  • protected boolean tryRelease(int arg):独占式释放同步状态,等待获取同步状态的线程将有机会获取同步状态
  • protected int tryAcquireShared(int arg):共享式获取同步状态,返回大于等于0的值,表示获取成功;否则,获取失败
  • protected boolean tryReleaseShared(int arg):共享式释放同步状态
  • protected boolean isHeldExclusively():当前同步器是否在独占模式下被线程占用

子类中需要实现上述的方法。如果子类中实现了上述的方法,那么就可以使用它们来获取和释放锁,例如:

  • 获取锁

    // 如果获取锁失败
    if(!tryAcquire(arg)){
        // 入队,可以选择阻塞当前线程
    }
    
  • 释放锁

    // 如果释放锁成功
    if(tryRelease(arg)){
        // 让阻塞线程恢复运行
    }
    

2.2 目标

AQS要实现的功能目标是:

  • 阻塞版本获取锁额acquire方法和非阻塞版本的尝试获取锁的tryAcquire方法
  • 获取锁超时机制
  • 通过打断取消机制
  • 独占机制与共享机制
  • 条件不满足时的等待机制

2.3 设计思想

AQS的设计思想也是非常直观的,它获取锁时会不断的自旋,直到state值为0表示可以获取锁,如下所示:

while(state 状态不允许获取) {
    if(队列中还没有此线程) {
        入队并阻塞
    }
}
当前线程出队

释放锁时会唤醒等待队列中的其他线程,如下所示:

if(state 状态允许了) {
    恢复阻塞的线程(s)
}

核心在于如何原子性的维护state、如何控制阻塞和唤醒线程,以及如何维护线程的等待队列

  • state使用volatile关键字修饰,并且配合CAS机制来保证其修改时的原子性;state使用了32bit的int型数据来维护同步状态

  • AQS使用了park和unpark来控制线程的阻塞和唤醒,可以先park后unpark,当前相反的操作也是可以的,而且park线程还可以被打断

  • 等待队列采用了不支持优先级的FIFO队列,并借鉴了单向无锁的CLH队列

    CLH(Craig, Landin, and Hagersten )队列拥有head和tail两个指针节点,它们都使用volatile修饰,每个节点有state维护节点状态。如下所示:

    image-20200904094538474

    CLH锁是一种自旋锁,它的优点是快速、无阻塞。入队了出队的操作示意如下所示:

    // 入队
    do {
        // 原来的 tail
        Node prev = tail;
        // 用 cas 在原来 tail 的基础上改为 node
    } while(tail.compareAndSet(prev, node))
    
    // 出队
    // prev 是上一个节点
    while((Node prev=node.prev).state != 唤醒状态) {
    }
    // 设置头节点
    head = node;
    

    CLH锁即Craig, Landin, and Hagersten (CLH) locks。CLH锁是一个自旋锁。能确保无饥饿性。提供先来先服务的公平性。它也是一种基于链表的可扩展、高性能、公平的自旋锁,申请线程仅仅在本地变量上自旋,它不断轮询前驱的状态,假设发现前驱释放了锁就结束自旋。


3. 自定义同步器

前面讲到,AQS通过在类中定义一些和同步相关的抽象方法来作为父类使用,其他子类通过继承它并实现其中的抽象方法来实现自定义同步器。因此,我们可以通过实现上述的方法来自定义一个同步器,完成锁的获取的释放。

首先,自定义同步器要继承AbstractQueuedSychronizer类,然后重写其中的tryAcquire()tryRelease()来时间锁的获取和释放,这里我们以非公平锁的模式进行说明。

final class MySync extends AbstractQueuedSychronizer@Override
    protected boolean tryAcquire(int acquires){
    	// 获取锁的逻辑
	}

	@Override
	protected boolean tryRelease(int acquires){
        // 释放锁的逻辑
    }
	
	@Override
	protected boolean isHeldExclusively(){
        //
    }
}

那么tryAcquire方法的实现逻辑如何实现呢?首先需要判断传入的acquires是否为1,即判断当前的锁是否已经被其他线程占用。如果已经被占用,那么直接返回false;否则,通过cas机制来设置state,并且设置当前线程为锁的占有线程,最后返回true。整体的实现逻辑如下所示:

@Override
protected boolean tryAcquire(int acquires){
	if(acquires == 1){
        if(compareAndSetState(0, 1)){
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
			return true;
        }
    }
    
    return false;
}

知道了获取锁的逻辑,那么释放锁的逻辑就简单了。首先判断传入的acquires是否为1来判断是否持锁线程是否要释放锁、如果不等于1,直接返回false;否则进入释放锁的逻辑。释放锁的逻辑中,首先判断state是否为0,如果为0抛IllegalMonitorStateException异常;否则,先将锁的持有线程置为null,然后修改state值为0,表示锁将被释放,最后返回true。整体的实现逻辑如下:

@Override
protected boolean tryRelease(int acquires) {
    if(acquires == 1) {
        if(getState() == 0) {
            throw new IllegalMonitorStateException();
        }
        setExclusiveOwnerThread(null);
        setState(0);
        return true;
    }
    return false;
}

isHeldExclusively()只需要判断state的值是否为1,如果为1,表示当前线程为持锁线程,否则表示锁还没有被获取。

@Override
protected boolean isHeldExclusively() {
    return getState() == 1;
}

自定义同步器完成后,就可以使用它自定义锁,锁中方法的实现直接代理到同步器上即可。


4. ReentrantLockd原理

前面通过自定义的同步器知道了,如何通过继承AQS并实现其中的方法来自定同步器,进而实现同步组件的定制。下面来看一下JDK中Lock接口的实现类中自定义同步器的实现逻辑。RnentrantLock的类继承图如下所示:


image-20200903170632601

ReentrantLock中的静态内部类Sync继承了AQS,作为ReentrantLock的同步器使用,Sync又有两个子类分别实现公平模型个非公平模式。Sync的源码实现如下:

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
    private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;
	
    // 抽象的加锁方法
    abstract void lock();
	
    // 非公平锁的获取
    final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
        // 获取当前的线程
        final Thread current = Thread.currentThread();
        // 获取同步状态值
        int c = getState();
        // 如果同步状态为0,那么当前线程可以获取锁
        if (c == 0) {
            if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                setExclusiveOwnerThread(current);
                return true;
            }
        }
        // 如果当前线程已经获取到了锁,那么执行锁重入机制
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            // 同步状态值加1
            int nextc = c + acquires;
            if (nextc < 0) // overflow
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            setState(nextc);
            return true;
        }
        return false;
    }
	
    // 锁的释放,和前面自定义同步器中锁的释放逻辑一致
    protected final boolean tryRelease(int releases) {
        int c = getState() - releases;
        if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        boolean free = false;
        // 如果c值为0,表示当前线程释放锁
        if (c == 0) {
            free = true;
            setExclusiveOwnerThread(null);
        }
        // 否则,只是当前线程重入计数减1
        setState(c);
        return free;
    }

    protected final boolean isHeldExclusively() {
		// 判断持锁线程是否是当前线程
        return getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
    }

    final ConditionObject newCondition() {
        return new ConditionObject();
    }


    final Thread getOwner() {
        return getState() == 0 ? null : getExclusiveOwnerThread();
    }

    final int getHoldCount() {
        return isHeldExclusively() ? getState() : 0;
    }

    final boolean isLocked() {
        return getState() != 0;
    }

    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        s.defaultReadObject();
        setState(0); // reset to unlocked state
    }
}

公平锁和非公平锁只有两处不同:

  • 非公平锁在调用 lock 后,首先就会调用 CAS 进行一次抢锁,如果这个时候恰巧锁没有被占用,那么直接就获取到锁返回了
  • 非公平锁在 CAS 失败后,和公平锁一样都会进入到 tryAcquire 方法,在 tryAcquire 方法中,如果发现锁这个时候被释放了(state == 0),非公平锁会直接 CAS 抢锁,但是公平锁会判断等待队列是否有线程处于等待状态,如果有则不去抢锁,乖乖排到后面。

公平锁和非公平锁就这两点区别,如果这两次 CAS 都不成功,那么后面非公平锁和公平锁是一样的,都要进入到阻塞队列等待唤醒。相对来说,非公平锁会有更好的性能,因为它的吞吐量比较大。当然,非公平锁让获取锁的时间变得更加不确定,可能会导致在阻塞队列中的线程长期处于饥饿状态。

下面以非公平锁为例说明ReentrantLock中锁的获取和释放的源码实现。非公平锁对应的类NonfairSync源码实现如下:

static final class NonfairSync extends Sync {
    private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

    final void lock() {
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            acquire(1);
    }

    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        return nonfairTryAcquire(acquires);
    }
}

4.1 加锁原理

首先,从ReentrantLock的无参构造方法中可以看出,ReentrantLock默认使用的是非公平锁,当然也可以通过另一个构造方法显式使用公平锁。

public ReentrantLock() {
    sync = new NonfairSync();
}

public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

假设,此时Thread-0持有锁并且没有其他的线程竞争锁,也没有当前线程进行锁重入,所以state值为1,如下所示:


image-20200904100729579

如果此时有新的线程Thread-1也要来竞争锁,那么它会使用CAS尝试将state值由0改为1。但是此时锁已经被Thread-0持有,state值为1,所以执行失败。

final void lock() {
    // 尝试使用CAS将state从0修改为1,仅尝试一次,成功则获得独占锁
    if (compareAndSetState(0, 1))
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
    else
        // 失败
        acquire(1);
}

然后会进入到tryAcquire逻辑再次尝试获取锁,但此时state仍为1,依然获取失败。


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public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        // 当 tryAcquire 返回为 false 时, 先调用 addWaiter, 接着 acquireQueued
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

其中tryAcquire实现如下:

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    return nonfairTryAcquire(acquires);
}

// 非公平模式下尝试获取锁
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    // 首先获取当前线程
    final Thread current = Thread.currentThread();
    // 获取state的值
    int c = getState();
    // 如果此时state为0,表示没有持锁线程存在
    if (c == 0) {
        // 使用cas尝试将0修改为1
        // 此时,如果多个线程同时进入,CAS操作会确保,只有一个线程修改成功
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            // 并且设置当前线程为持锁线程,独占模式
            setExclusiveOwnerThread(current);
            // 返回true
            return true;
        }
    }
    // 如果当前线程就是持锁线程,执行锁重入
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        // 计数器加1
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0) // overflow
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        // volatile写,保证内存可见性
        setState(nextc);
        return true;
    }
    // 如果锁已经被其他的线程持有,竞争失败,返回调用处
    return false;
}

tryAcquire执行失败后,Thread-1不再尝试获取锁,而且直接进入等待队列,等待被唤醒。此时,接着进入到addWaiter逻辑,构造等待队列(Node队列),如下所示:


image-20200904102155447

Node节点上的数字表示waitStatus状态,0为默认正常状态;Node是懒惰创建的;第一个Node为哨兵节点。

private Node addWaiter(Node mode) {
    // 将当前线程关联到一个Node对象上,模式为独占模式
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    // 如果此时tail不为null,说明等待队列中已有线程等待
    Node pred = tail;
    // 使用cas尝试将node放入等待队列尾部
    if (pred != null) {
        // 双向链表的插入操作
        node.prev = pred;
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    // 尝试将node加入到AQS
    enq(node);
    return node;
}

private Node enq(final Node node) {
    // 死循环,知道满足条件才返回
    for (;;) {
        Node t = tail;
        // 如果还没有,那么设置head为哨兵节点,状态为0
        if (t == null) { // Must initialize
            if (compareAndSetHead(new Node()))
                tail = head;
        } else {
            // cas 尝试将node加入AQS队列尾部
            node.prev = t;
            if (compareAndSetTail(t, node)) {
                t.next = node;
                return t;
            }
        }
    }
}

当前线程进入acquireQueued逻辑:

  1. acquireQueued会在一个死循环中不断尝试获得锁,失败后进入 park 阻塞
  2. 如果自己是紧邻着 head(排第二位),那么再次tryAcquire尝试获取锁,当然这时 state 仍为 1,失败
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            // 其前驱是头节点,并且再次调用tryAcquire成功获取锁
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                // 获取成功将自己作为头节点
                setHead(node);
                // help GC
                p.next = null; 
                // 返回中断标记 false
                failed = false;
                // 成功获取锁,返回
                return interrupted;
            }
            //没有得到锁时:
                //shouldParkAfterFailedAcquire方法:返回是否需要阻塞当前线程
                //parkAndCheckInterrupt方法:阻塞当前线程,当线程再次唤醒时,返回是否被中断
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                // 修改中断标志位
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            //获取锁失败,则将此线程对应的node的waitStatus改为CANCEL
            cancelAcquire(node);
    }
}
  1. 进入shouldParkAfterFailedAcquire逻辑,将前驱 node,即 head 的 waitStatus 改为 -1,返回 false


    image-20200904101345818

  2. shouldParkAfterFailedAcquire执行完毕回到acquireQueued,再次 tryAcquire尝试获取锁,当然这时state 仍为 1,失败

  3. 当再次进入shouldParkAfterFailedAcquire时,这时因为其前驱 node 的 waitStatus 已经是 -1,这次返回true

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
    // 获取上一个节点的状态
    int ws = pred.waitStatus;
    // 前驱节点的waitStatus是SIGNAL,前驱节点释放锁后会唤醒后继节点
    if (ws == Node.SIGNAL) {
        // 上一个节点都在阻塞, 那么自己也阻塞好了
        return true;
    }
    // > 0 表示取消状态
    if (ws > 0) {
        // 上一个节点取消, 那么重构删除前面所有取消的节点, 返回到外层循环重试
        do {
            node.prev = pred = pred.prev;
        } while (pred.waitStatus > 0);
        pred.next = node;
    } else {
        // 这次还没有阻塞
        // 但下次如果重试不成功, 则需要阻塞,这时需要设置上一个节点状态为 Node.SIGNAL
        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
    }
    return false;
}
// 阻塞当前线程
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
    LockSupport.park(this);
    return Thread.interrupted();
}
  1. 进入parkAndCheckInterrupt, Thread-1 park(灰色表示)


    image-20200904101508539

再次有多个线程经历上述过程竞争失败,如下所示:


image-20200904101619339

4.2 释放锁原理

Thread-0 释放锁,进入tryRelease流程,如果成功:设置 exclusiveOwnerThread 为 null,state = 0


image-20200904101706356

// 解锁实现
public void unlock() {
    sync.release(1);
}

public final boolean release(int arg) {
    // 尝试释放锁
    if (tryRelease(arg)) {
        // 队列头节点 unpark
        Node h = head;
        if (
            // 队列不为 null
            h != null &&
            // waitStatus == Node.SIGNAL 才需要 unpark
            h.waitStatus != 0
        ) {
            // unpark AQS 中等待的线程, 进入
            unparkSuccessor(h);
        }
        return true;
    }
    return false;
}

// 只有持锁线程才能释放锁
protected final boolean tryRelease(int releases) {
    // state--
    int c = getState() - releases;
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    boolean free = false;
    // 支持锁重入, 只有 state 减为 0, 才释放成功
    if (c == 0) {
        free = true;
        setExclusiveOwnerThread(null);
    }
    setState(c);
    return free;
}

当前队列不为 null,并且 head 的 waitStatus = -1,进入unparkSuccessor 流程,找到队列中离 head 最近的一个 Node(没取消的),unpark 恢复其运行,本例中即Thread-1回到Thread-1的acquireQueued流程


image-20200904102609217

如果加锁成功(没有竞争),会设置

  • exclusiveOwnerThread为Thread-1,state = 1
  • head指向刚刚Thread-1所在的Node,该Node清空Thread
  • 原本的head因为从链表断开,而可被垃圾回收

如果这时候有其它线程来竞争(非公平的体现),例如这时有Thread-4来了


image-20200904102747781

private void unparkSuccessor(Node node) {
    // 如果状态为 Node.SIGNAL 尝试重置状态为 0
    // 不成功也可以
    int ws = node.waitStatus;
    if (ws < 0) {
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
    }
    // 找到需要 unpark 的节点, 但本节点从 AQS 队列中脱离, 是由唤醒节点完成的
    Node s = node.next;
    // 不考虑已取消的节点, 从 AQS 队列从后至前找到队列最前面需要 unpark 的节点
    if (s == null || s.waitStatus > 0) {
        s = null;
        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
            if (t.waitStatus <= 0)
                s = t;
    }
    if (s != null)
        LockSupport.unpark(s.thread);
}

如果不巧又被Thread-4抢占

  • Thread-4被设置为exclusiveOwnerThread,state = 1
  • Thread-1 再次进入acquireQueued流程,获取锁失败,重新进入park阻塞

4.3 可重入原理

由前面nonfairTryAcquiretryRelease方法的源码可知,ReentrantLock支持可重入是通过以下三个步骤实现的:

  • 首先,持锁线程必须是当前想再次获取锁的线程
  • 修改state的值,执行一次重入操作值加1
  • 当前线程释放锁时,如果state值大于1,表示有锁重入发生,将state值减1;直到state减为0,锁的持锁线程设置为null,锁才算被释放成功

4.4 可打断原理

如果在不可打断模式下执行打断操作,那么被打断的线程仍会在AQS队列中,一直要等到线程获得锁之后才能知道自己已经被打断了。

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
    LockSupport.park(this);
    return Thread.interrupted();
}

parkAndCheckInterrupt内部调用的而是LockSupport工具类中的park方法,最后调用Thread类的静态方法interrupted获取线程的中断标志位。

而且从acquireQueue的实现逻辑可知,即时被打断的线程仍然要获得锁:

public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}
static void selfInterrupt() {
    // 重新产生一次中断
    Thread.currentThread().interrupt();
}

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;
                failed = false;
                // 还是需要获得锁后, 才能返回打断状态
                return interrupted;
            }
            if (
                shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt()
            ) {
                // 如果是因为 interrupt 被唤醒, 返回打断状态为 true
                interrupted = true;
            }
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

在不可打断模式中,如果线程在park等待的过程中被中断,那么线程会抛出异常,而不再进入尝试获取锁的for循环中。

public final void acquireInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    // 如果没有获得到锁,进入doAcquireInterruptibly
    if (!tryAcquire(arg))
        doAcquireInterruptibly(arg);
}
// 可打断的获取锁流程
private void doAcquireInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
    final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);
    boolean failed = true;
    try {
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt()) {
                // 在 park 过程中如果被 interrupt 会进入此
                // 这时候抛出异常, 而不会再次进入 for (;;)
                throw new InterruptedException();
            }
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

4.5 公平锁原理

相比于默认的非公平锁,公平锁的锁获取操作中只是多了一步操作,它会在加入到同步队列前先判断当前节点是否有前驱节点,如果有方法返回true,表示有线程比当前线程更早的请求获取锁。因此,只有等到前面的线程获取并释放锁之后,该线程才能去尝试获取锁。

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) {
        // 判断是否有前驱节点
        // 如果没有前驱节点,并且成功使用CAS将state从0修改为1,将锁的持有线程置为当前线程
        if (!hasQueuedPredecessors() &&
            compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            // 返回true,表示获取锁成功
            return true;
        }
    }
    // 否则判断是否执行锁重入逻辑
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0)
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    // 如果既没有获取到锁,而且也不执行锁重入,表示锁获取失败
    return false;
}

通常来说,非公平锁的线程切换开销更小。因此,ReentrantLock中默认使用的是非公平锁