ReentrantLock 的 lock 方法源码

ReentrantLock 中的 lock 方法，主要调用内部类 Sync 中的抽象 lock 方法。该方法主要有两套实现，一套是公平锁，一套是非公平锁。

公平锁

final void lock() {
    acquire(1);
}

公平锁中，直接调用 acquire 方法。

非公平锁

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

非公平锁中，首先尝试将 AQS 中的 state 属性从 0 变成 1，如果成功，则代表获取锁资源成功；否则调用 acquire 方法。

ReentrantLock 的 acquire 方法源码

acquire 方法中没有实际的业务处理，都是在调用其他方法。

public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

1. 首先调用 tryAcquire 方法，尝试获取锁资源，如果获取成功，则返回 true，方法结束。如果获取失败，则调用 && 后面的方法。
2. 调用 addWaiter() 方法，将线程封装到 Node 节点并添加到队列尾部。
3. 之后再调用 acquireQueued() 方法查看当前排队的 Node 是否在队列的前面，如果在前面，尝试获取锁资源。如果没在前面，线程进入到阻塞状态。

ReentrantLock 的 tryAcquire 方法源码

tryAcquire() 方法分公平锁和非公平锁两套实现，主要做了两件事：

1. 如果 AQS 当前 state 为 0，尝试获取锁资源。
2. 如果 AQS 当前 state 不为 0，查看是否是可重入操作。

公平锁

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    // 获取当前线程
    final Thread current = Thread.currentThread();
    // 获取AQS当前state值
    int c = getState();
    // 判断state是否为0，为0则代表当前没有线程持有锁
    if (c == 0) {
        // 首先判断是否有线程在排队，如果有，tryAcquie()方法直接返回false
        // 如果没有，则尝试获取锁资源
        if (!hasQueuedPredecessors() &&
            compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    // 如果state != 0，则代表有线程持有锁资源
    // 判断占有锁的线程是不是当前线程，如果是，则进行可重入操作
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        // 可重入
        int nextc = c + acquires;
        // 检查锁重入是否超过最大值，二进制第一位表示符号 
        // 01111111 11111111 11111111 11111111
        if (nextc < 0)
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

非公平锁

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    // 获取当前线程
    final Thread current = Thread.currentThread();
    // 获取AQS当前state值
    int c = getState();
    // 如果state == 0，说明没有线程占用着当前的锁资源
    if (c == 0) {
        // CAS直接尝试获取锁资源，直接抢锁，不管有没有线程在队列中
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        int nextc = c + acquires;
        // 检查锁重入是否超过最大值，二进制第一位表示符号 
        // 01111111 11111111 11111111 11111111
        if (nextc < 0) // overflow
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        // 修改state当前值
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

ReentrantLock 的 addWaiter 方法源码

private Node addWaiter(Node mode) {
    // 将当前线程封装为Node对象，mode为null，代表互斥锁
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
    // pred指向tail
    Node pred = tail;
    if (pred != null) {
        // 当前线程Node节点的prev指向pred节点
        node.prev = pred;
        // 以CAS方式，尝试将node节点变成tail
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            // 将pred的next指向node
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    // 如果上述方式，CAS操作失败，导致加入到AQS末尾失败，就基于enq的方式添加到AQS队列
    enq(node);
    return node;
}

在 tryAcquire() 方法获取锁资源失败之后，首先创建当前线程的 Node 节点，之后将该节点添加到队列尾部。

private Node enq(final Node node) {
    // 死循环，直到插入成功
    for (;;) {
        Node t = tail;
        if (t == null) { // Must initialize
            //如果尾节点为null，说明同步队列还未初始化，则CAS操作新建头节点
            if (compareAndSetHead(new Node()))
                tail = head;
        } else {
            // 将node的prev指向当前的tail节点
            node.prev = t;
            // CAS尝试将node变成tail节点
            if (compareAndSetTail(t, node)) {
                // 将之前尾节点的next指向要插入的节点
                t.next = node;
                return t;
            }
        }
    }
}

ReentrantLock 的 acquirdQueued 方法源码

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            // 获取node的前一个节点
            final Node p = node.predecessor();
            // 如果前一个节点为head并尝试获取锁资源
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                // 尝试获取锁资源成功，将node节点设置为头节点，thread和prev属性置位null
                setHead(node);
                // 将之前的头节点的next指向null，帮助快速GC
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            // 如果前一个节点不是head或者获取锁资源失败
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

// 确保上一个节点的状态是正确的
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
    int ws = pred.waitStatus;
    if (ws == Node.SIGNAL)
        return true;
    if (ws > 0) {
        // 循环往前找，找到一个状态小于等于0的节点
        do {
            node.prev = pred = pred.prev;
        } while (pred.waitStatus > 0);
        pred.next = node;
    } else {
        // 如果不是-1，但是小于等于0，将状态修改为-1
        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
    }
    return false;
}

acquireQueued 方法会查看当前排队的 Node 的前一个节点是不是 head，如果是，尝试获取锁资源。如果不是或者获取锁资源失败，那么就尝试将当前 Node 的线程挂起。

在挂起线程前，需要确认当前节点的上一个节点的状态是小于等于 0：

如果为 1，代表是取消的节点，不能挂起

如果为 -1，代表挂起当前线程

如果为 -2，-3，需要将状态改为 -1 之后，才能挂起当前线程

ReentrantLock 的 unlock 方法源码

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

public final boolean release(int arg) {
    // 核心释放锁方法
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        // 如果头节点不为null，并且头节点的状态不为0，唤醒排队的线程
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            // 唤醒线程
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}

private void unparkSuccessor(Node node) {
    // 获取头节点状态
    int ws = node.waitStatus;
    // 如果头节点状态小于0，换为0
    if (ws < 0)
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
    // 拿到当前节点的next
    Node s = node.next;
    // 如果s == null ，或者s的状态为1
    if (s == null || s.waitStatus > 0) {
        // next节点不需要唤醒，需要唤醒next的next
        s = null;
        // 从尾部往前找，找到状态正常的节点。（小于等于0代表正常状态）
        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
            if (t.waitStatus <= 0)
                s = t;
    }
    // 经过循环的获取，如果拿到状态正常的节点，并且不为null
    if (s != null)
        // 线程唤醒
        LockSupport.unpark(s.thread);
}

// 核心的释放锁资源方法
protected final boolean tryRelease(int releases) {
    // state - 1
    int c = getState() - releases;
    // 如果释放锁的线程不是占用锁的线程，抛异常
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
        throw new IllegalMonitorStateException();
    // 是否成功的将锁资源释放 
    boolean free = false;
    if (c == 0) {
        // 如果state = 0，代表成功释放锁资源
        free = true;
        setExclusiveOwnerThread(null);
    }
    // 设置state值
    setState(c);
    return free;
}