深入ReentrantLock

1 ReentrantLock和synchronized的区别

核心区别：
● ReentrantLock是个类，synchronized是关键字，当然都是在JVM层面实现互斥锁的方式
效率区别：
● 如果竞争比较激烈，推荐ReentrantLock去实现，不存在锁升级概念。而synchronized是存在锁升级概念的，如果升级到重
量级锁，是不存在锁降级的。
底层实现区别：
● 实现原理是不一样，ReentrantLock基于AQS实现的，synchronized是基于ObjectMonitor
功能向的区别：
● ReentrantLock的功能比synchronized更全面。
● ReentrantLock支持公平锁和非公平锁
● ReentrantLock可以指定等待锁资源的时间。
选择哪个：如果你对并发编程特别熟练，推荐使用ReentrantLock，功能更丰富。如果掌握的一般般，使用synchronized会更好

2 AQS概述

        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，CountDownLatch，Semaphore，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

static final class Node {
static final Node SHARED = new Node();
static final Node EXCLUSIVE = null;
static final int CANCELLED = 1;
static final int SIGNAL = -1;
static final int CONDITION = -2;
static final int PROPAGATE = -3;
volatile int waitStatus;
volatile Node prev;
volatile Node next;
volatile Thread thread;
}

3 加锁流程源码剖析

3.1 加锁流程概述

这个是非公平锁的流程

3.2 三种加锁源码分析

3.2.1 lock方法

执行lock方法后，公平锁和非公平锁的执行套路不一样

// 非公平锁
final void lock() {
// 上来就先基于CAS的方式，尝试将state从0改为1
if (compareAndSetState(0, 1))
// 获取锁资源成功，会将当前线程设置到exclusiveOwnerThread属性，代表是当前线程持有着锁资源
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
// 执行acquire，尝试获取锁资源
 acquire(1);
}
// 公平锁
final void lock() {
// 执行acquire，尝试获取锁资源
acquire(1);
}

acquire方法，是公平锁和非公平锁的逻辑一样

public final void acquire(int arg) {
// tryAcquire：再次查看，当前线程是否可以尝试获取锁资源
if (!tryAcquire(arg) &&
// 没有拿到锁资源
// addWaiter(Node.EXCLUSIVE)：将当前线程封装为Node节点，插入到AQS的双向链表的结尾
// acquireQueued：查看我是否是第一个排队的节点，如果是可以再次尝试获取锁资源，如果长时间拿不到，挂起线程
// 如果不是第一个排队的额节点，就尝试挂起线程即可
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
// 中断线程的操作
selfInterrupt();
}

tryAcquire方法竞争锁最资源的逻辑，分为公平锁和非公平锁

// 非公平锁实现
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
// 获取当前线程
final Thread current = Thread.currentThread();
// 获取了state熟属性
int c = getState();
// 判断state当前是否为0,之前持有锁的线程释放了锁资源
if (c == 0) {
// 再次抢一波锁资源
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
// 拿锁成功返回true
return true;
}
}
// 不是0，有线程持有着锁资源，如果是，证明是锁重入操作
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 将state + 1
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // 说明对重入次数+1后，超过了int正数的取值范围
// 01111111 11111111 11111111 11111111
// 10000000 00000000 00000000 00000000
// 说明重入的次数超过界限了。
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
// 正常的将计算结果，复制给state
setState(nextc);
// 锁重入成功
return true;
 }
// 返回false
return false;
}
// 公平锁实现
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
// 获取当前线程
final Thread current = Thread.currentThread();
// ....
int c = getState();
if (c == 0) {
// 查看AQS中是否有排队的Node
// 没人排队抢一手 。有人排队，如果我是第一个，也抢一手
if (!hasQueuedPredecessors() &&
// 抢一手~
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
// 锁重入~~~
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
 return true;
}
return false;
}
// 查看是否有线程在AQS的双向队列中排队
// 返回false，代表没人排队
public final boolean hasQueuedPredecessors() {
// 头尾节点
Node t = tail;
Node h = head;
// s为头结点的next节点
Node s;
// 如果头尾节点相等，证明没有线程排队，直接去抢占锁资源
return h != t &&
// s节点不为null，并且s节点的线程为当前线程（排在第一名的是不是我）
(s == null || s.thread != Thread.currentThread());
}

addWaite方法，将没有拿到锁资源的线程扔到AQS队列中去排队

// 没有拿到锁资源，过来排队， mode：代表互斥锁
private Node addWaiter(Node mode) {
// 将当前线程封装为Node，
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// 拿到尾结点
Node pred = tail;
 // 如果尾结点不为null
if (pred != null) {
// 当前节点的prev指向尾结点
node.prev = pred;
// 以CAS的方式，将当前线程设置为tail节点
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
// 将之前的尾结点的next指向当前节点
pred.next = node;
return node;
}
}
// 如果CAS失败，以死循环的方式，保证当前线程的Node一定可以放到AQS队列的末尾
enq(node);
return node;
}
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
// 拿到尾结点
Node t = tail;
// 如果尾结点为空，AQS中一个节点都没有，构建一个伪节点，作为head和tail
if (t == null) {
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
// 比较熟悉了，以CAS的方式，在AQS中有节点后，插入到AQS队列的末尾
node.prev = t;
 if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}

acquireQueued方法，判断当前线程是否还能再次尝试获取锁资源，如果不能再次获取锁资源，或者又没获取到，尝试将当前线程挂起

// 当前没有拿到锁资源后，并且到AQS排队了之后触发的方法。 中断操作这里不用考虑
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
// 不考虑中断
// failed：获取锁资源是否失败（这里简单掌握落地，真正触发的，还是tryLock和lockInterruptibly）
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
// 死循环…………
for (;;) {
// 拿到当前节点的前继节点
final Node p = node.predecessor();
// 前继节点是否是head，如果是head，再次执行tryAcquire尝试获取锁资源。
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
// 获取锁资源成功
// 设置头结点为当前获取锁资源成功Node，并且取消thread信息
setHead(node);
 // help GC
p.next = null;
// 获取锁失败标识为false
failed = false;
return interrupted;
}
// 没拿到锁资源……
// shouldParkAfterFailedAcquire：基于上一个节点转改来判断当前节点是否能够挂起线程，如果可以返回true，
// 如果不能，就返回false，继续下次循环
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
// 这里基于Unsafe类的park方法，将当前线程挂起
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
// 在lock方法中，基本不会执行。
cancelAcquire(node);
}
}
// 获取锁资源成功后，先执行setHead
private void setHead(Node node) {
// 当前节点作为头结点 伪
head = node;
// 头结点不需要线程信息
node.thread = null;
node.prev = null;
}
// 当前Node没有拿到锁资源，或者没有资格竞争锁资源，看一下能否挂起当前线程
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
// -1，SIGNAL状态：代表当前节点的后继节点，可以挂起线程，后续我会唤醒我的后继节点
// 1，CANCELLED状态：代表当前节点以及取消了
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL)
// 上一个节点为-1之后，当前节点才可以安心的挂起线程
return true;
if (ws > 0) {
// 如果当前节点的上一个节点是取消状态，我需要往前找到一个状态不为1的Node，作为他的next节点
// 找到状态不为1的节点后，设置一下next和prev
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
// 上一个节点的状态不是1或者-1，那就代表节点状态正常，将上一个节点的状态改为-1
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}