ReentrantLock的lock和unlock分析

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LOCK

创建时根据参数可设置公平锁或非公平锁,默认非公平锁;

非公平锁流程

非公平lock.png

lock流程图.png

进入lock方法:

final void lock() {
            //进行一次CAS操作,查看lock的state状态是否为0未加锁状态,是就获取到锁将state改为1;
            if (compareAndSetState(0, 1))
                //设置当前线程为锁的独占线程
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }

非公平锁的体现就在这,每个线程来请求锁时,都会先去获取一次锁,如果此时锁被释放,则新来的线程会获取到锁;

进入else步骤的acquire(int arg)方法;

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

方法中会先去尝试获取锁,tryAcquire(int arg)接口的非公平锁实现;

        final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            //获取当前线程
            final Thread current = Thread.currentThread();
            //获取state的值
            int c = getState();
            if (c == 0) { //没有线程独占
                if (compareAndSetState(0, acquires)) { //CAS设置state的值
                    //独占锁成功,当前线程为独占线程
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            //当前线程已经是独占该锁的线程了
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                //更新state的值,增加重入的次数
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

再次获取锁失败后,第二步时入队;先看addWaiter(Node.EXCLUSIVE)方法;

//将新节点和当前线程关联并且入队列
    private Node addWaiter(Node mode) {
        //将请求同步状态失败的线程封装成结点
        Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
       //获取尾结点引用
        Node pred = tail;
        //尾结点若不为空,表示队列已经初始化过了
        if (pred != null) {
        	
            node.prev = pred;
          //CAS将新初始化的节点和尾结点进行交换,如果有多个线程包装的节点来进行CAS操作可能出现失败的情况
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                pred.next = node;//交换后的尾结点的后置节点赋值,形成双向链表
                return node;
            }
        }
        //两种情况:1尾结点为空的情况,需要初始化队列head并将新节点入队
        //2、队列已经初始化了,但是CAS替换尾结点的操作失败了
        enq(node);
        return node;
    }

enq方法:


 private Node enq(final Node node) {
      for (;;) {  //死循环(自旋),return跳出
          Node t = tail;
          if (t == null) { // 对应第一种情况,尾结点为空,需要创建头节点
              //创建并使用CAS设置头节点,未跳出循环,会继续进入else
              if (compareAndSetHead(new Node()))
                  tail = head;
          } else {  //对应第二种情况,CAS替换尾结点失败
              node.prev = t;
              if (compareAndSetTail(t, node)) {//CAS将尾结点和新节点交换
                  t.next = node;//设置新的尾结点的后置节点,形成双向链表
                  return t; //return的值没有意义,仅为了跳出死循环
              }
          }
      }
  }

以上可以让没有获取到锁的线程进入AQS的同步队列(FIFO的双向链表队列)。

第三步,挂起,看acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)方法;

	//node是队列的尾结点,arg为1(state状态,表示同意去争夺锁)
	final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true;//是否成功获取到锁
        try {
            boolean interrupted = false;//标记线程是否被中断过
            for (;;) {  //死循环,自旋
                //获取尾结点的前驱节点
                final Node p = node.predecessor();
                //当且仅当前驱节点是头结点的时候在去尝试获取锁,以此来判断头结点是否释放了锁
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    //获取锁成功后将node设为头结点,将node的前驱节点置空
                    setHead(node);
                    p.next = null; //清除原头结点的next引用 help GC
                    failed = false;//获取锁成功
                    return interrupted;//返回中断标志,结束循环
                }
                //判断挂起线程的情况分两种
                //1、当前节点的前驱节点不是头节点
                //2、前驱节点是头结点但是头结点没有释放锁
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);//最终都没能获取同步状态,结束该线程的请求
        }
    }

setHead方法:

//设置为头结点
private void setHead(Node node) {
        head = node;
 		//清空结点数据
        node.thread = null;//head中的线程已经获取到了锁,没有必要保存线程了
        node.prev = null;
}

shouldParkAfterFailedAcquire(p, node)和 parkAndCheckInterrupt()判断线程是否挂起;

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
      //获取到前驱节点的等待状态 AQS的每个node节点状态有4种CANCELLED、SIGNAL、CONDITION和PROPAGATE
      //CANCELLED(1)表示同步队列中等待的队列超时或者被中断,需要从队列中取消该节点
        //SIGNAL(-1) 表示线程处于唤醒状态,只要前驱节点释放了锁就会通知SIGNAL状态的后置节点执行
        //CONDITION(-2)等待状态
        //PROPAGATE(-3)共享模式的状态
        int ws = pred.waitStatus;
        if (ws == Node.SIGNAL)
            /*
             *等待状态直接返回
             */
            return true;
        if (ws > 0) {
            /*
             * 表示为结束状态,需要遍历前置节点找到不是结束状态的节点
             */
            do {
                node.prev = pred = pred.prev;
            } while (pred.waitStatus > 0);
            pred.next = node;
        } else {
            /*
             * 不是结束状态和唤醒状态的,此处一般是CONDITION状态,CAS将其改为唤醒状态
             */
            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
        }
        return false;
    }


//只有前驱节点是唤醒状态的时候才会挂起当前的节点
    private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        LockSupport.park(this);//挂起线程
        return Thread.interrupted(); //返回线程的中断状态
    }

acquireQueued(final Node node, int arg)方法中的finally代码:

    //将node的状态改为cancelled
   private void cancelAcquire(Node node) {
        // 将无效节点过滤
        if (node == null)
            return;
	//置该节点不关联任何线程,也就是虚节点
        node.thread = null;
        Node pred = node.prev;
        //通过前驱节点跳过取消状态的节点
        while (pred.waitStatus > 0)
             node.prev = pred = pred.prev;
        //获取过滤后的后继节点
        Node predNext = pred.next;
	//把当前node的状态设置为CANCELLED
        node.waitStatus = Node.CANCELLED;

        // 如果当前节点是尾节点,将从后往前的第一个非取消状态的节点设置为尾节点
  	// 更新失败的话,则进入else,如果更新成功,将tail的后继节点设置为null
        if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
            compareAndSetNext(pred, predNext, null);
        } else {
            
            int ws;
            // 如果当前节点不是head的后继节点,1:判断当前节点前驱节点的是否为SIGNAL,
              2:如果不是,则把前驱节点设置为SINGAL看是否成功
    		// 如果1和2中有一个为true,再判断当前节点的线程是否为null
    		// 如果上述条件都满足,把当前节点的前驱节点的后继指针指向当前节点的后继节点
            if (pred != head &&
                ((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL ||
                 (ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&
                pred.thread != null) {
                Node next = node.next;
                if (next != null && next.waitStatus <= 0)
                    compareAndSetNext(pred, predNext, next);
            } else {
                // 如果当前节点是head的后继节点,或者上述条件不满足,那就唤醒当前节点的后继节点
                unparkSuccessor(node);
            }

            node.next = node; // help GC
        }
    }

当前的流程:

获取当前节点的前驱节点,如果前驱节点的状态是CANCELLED,那就一直往前遍历,找到第一个waitStatus <= 0的节点,将找到的Pred节点和当前Node关联,将当前Node设置为CANCELLED。 根据当前节点的位置,考虑以下三种情况:

(1) 当前节点是尾节点。

(2) 当前节点是Head的后继节点。

(3) 当前节点不是Head的后继节点,也不是尾节点。

unlock

public void unlock() {
        sync.release(1);
    }
//进入内部方法
    public final boolean release(int arg) {
        if (tryRelease(arg)) {//先尝试解锁,成功就去查看头结点的waitstatus状态是否为SIGNAL
            Node h = head;
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                //唤醒头结点的后置节点的关联线程
                unparkSuccessor(h);
            return true;
        }
        return false;
    }

tryRelease(arg)解锁代码:

protected final boolean tryRelease(int releases) {
            //计算释放后的state值
            int c = getState() - releases;
            //不是当前线程占有的锁,抛异常
            if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            boolean free = false;
            if (c == 0) { //state为0即重入次数为0,锁完全释放
                free = true;
                //清空独占线程
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            setState(c);
            return free;
        }

这里入参为1。tryRelease的过程为:当前释放锁的线程若不持有锁,则抛出异常。若持有锁,计算释放后的state值是否为0,若为0表示锁已经被成功释放,并且则清空独占线程,最后更新state值,返回free。