ReentrantLock-AQS源码分析
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了ReentrantLock-AQS源码分析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
说起AQS，就不得不说经典类ReentrantLock，是AQS的最好体现
不过可以先简单说下AQS特性
什么是AQS？
抽象的队列式同步器
把所有请求线程构成一个CLH队列，当一个线程执行完毕lock.unlock时会激活自己后续节点，正在执行的线程不在队列中，等待执行的线程全部处于阻塞状态
先通过CAS尝试获取锁。如果此时已经有线程占据了锁，那就加入CLH队列 队尾并且被挂起 自旋。当锁被释放之后，排在CLH队列队首的线程会被唤醒，然后CAS再次尝试获取锁。在这个时候，如果：
-
非公平锁：如果同时还有另一个线程进来尝试获取，那么有可能会让这个线程抢先获取；
-
公平锁：如果同时还有另一个线程进来尝试获取，当它发现自己不是在队首的话，就会排到队尾，由队首的线程获取到锁。
AQS维护一个共享资源volatile的整型变量state，通过内置的FIFO来完成获取资源线程的排队工作。（这个内置的同步队列称为"CLH"队列：带头节点的双向非循环链表）。该队列由一个一个的Node结点组成，每个Node结点维护一个prev引用和next引用，分别指向自己的前驱和后继结点。AQS维护两个指针，分别指向队列头部head和尾部tail。
其他使用场景
我们常用的CountDownLatch、ReentrantLock、Semaphore等类都是在内部定义了一个叫做Sync的内部类，而Sync类继承了AQS抽象类并重写了一些必要的方法
可重入锁ReentrantLock中，state可以用来表示当前线程获取锁的可重入次数；对于读写锁
ReentrantReadWriteLock来说，state的高16位表示获取到的读锁的线程的可重入次数，低16位是写锁；
对于Semaphore来说，state用来表示当前可用信号的个数
对于CountDownlatch来说，state用来表示计数器当前的值
两种同步方式（底层支撑）
1.独占式
ReentrantLock
互斥
2.共享式
CountDownLatch，ReadWriteLock
允许多线程读
自定义同步器
继承AbstractQueuedSynchronizer类
重写对应方法
在我们的组件中调用AQS模板方法
AQS的等待队列如图
不包含head，后面的才是阻塞队列
一般我们使用ReentrantLock的方式是这样的
public class OrderService
// 使用static，这样每个线程拿到的是同一把锁，当然，spring mvc中service默认就是单例，别纠结这个 true代表了公平锁的写法
private static ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock(true);
public void createOrder()
// 比如我们同一时间，只允许一个线程创建订单
reentrantLock.lock();
// 通常，lock 之后紧跟着 try 语句
try
// 这块代码同一时间只能有一个线程进来(获取到锁的线程)，
// 其他的线程在lock()方法上阻塞，等待获取到锁，再进来
// 执行代码...
finally
// 释放锁
reentrantLock.unlock();
下面以公平锁的方式解析下源码
先看下都有哪些属性
// 头结点，你直接把它当做 当前持有锁的线程 可能是最好理解的
private transient volatile Node head;
// 阻塞的尾节点，每个新的节点进来，都插入到最后，也就形成了一个链表
private transient volatile Node tail;
// 这个是最重要的，代表当前锁的状态，0代表没有被占用，大于 0 代表有线程持有当前锁
// 这个值可以大于 1，是因为锁可以重入，每次重入都加上 1
private volatile int state;
// 代表当前持有独占锁的线程，举个最重要的使用例子，因为锁可以重入
// reentrantLock.lock()可以嵌套调用多次，所以每次用这个来判断当前线程是否已经拥有了锁
// if (currentThread == getExclusiveOwnerThread()) state++
private transient Thread exclusiveOwnerThread; //继承自AbstractOwnableSynchronizer
static final class FairSync extends Sync
private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;
//争锁
final void lock()
acquire(1);
public final void acquire(int arg)
if (!tryAcquire(arg) &&
//如果tryAcquire(arg) 返回true, 也就结束了；否则，acquireQueued方法会将线程压到队列中
//因为有可能直接就成功了，也就不需要进队列排队；对于公平锁的语义就是：本来就没人持有锁，根本没必要进队列等待(又是挂起，又是等待被唤醒的
//tryAcquire(arg)没有成功，这个时候需要把当前线程挂起，放到阻塞队列中。
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
tryAcquire是这样的
protected final boolean tryAcquire(int acquires)
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
//state == 0 此时此刻没有线程持有锁
if (c == 0)
//锁可用，因为是公平锁，查看是否有其他人已经在等待
if (!hasQueuedPredecessors() &&
//没有则cas尝试获取锁，如果获取不到则证明并发获取了；
compareAndSetState(0, acquires))
//获取到锁，标记
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
//如果和标记的线程一致，则锁重入了，state+1
else if (current == getExclusiveOwnerThread())
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
return false;
//此时没有获取到锁
// 此方法的作用是把线程包装成node，同时进入到队列中
// 参数mode此时是Node.EXCLUSIVE，代表独占模式
private Node addWaiter(Node mode)
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// 以下几行代码想把当前node加到链表的最后面去，也就是进到阻塞队列的最后
Node pred = tail;
// tail!=null => 队列不为空(tail==head的时候，其实队列是空的，不过不管这个吧)
if (pred != null)
// 将当前的队尾节点，设置为自己的前驱
node.prev = pred;
// 用CAS把自己设置为队尾, 如果成功后，tail == node 了，这个节点成为阻塞队列新的尾巴
if (compareAndSetTail(pred, node))
// 进到这里说明设置成功，当前node==tail, 将自己与之前的队尾相连，
// 上面已经有 node.prev = pred，加上下面这句，也就实现了和之前的尾节点双向连接了
pred.next = node;
// 线程入队了，可以返回了
return node;
// 仔细看看上面的代码，如果会到这里，
// 说明 pred==null(队列是空的) 或者 CAS失败(有线程在竞争入队)
enq(node);
return node;
// 采用自旋的方式入队
// 之前说过，到这个方法只有两种可能：等待队列为空，或者有线程竞争入队，
// 自旋在这边的语义是：CAS设置tail过程中，竞争一次竞争不到，我就多次竞争，总会排到的
private Node enq(final Node node)
for (;;)
Node t = tail;
// 如果队列为空
if (t == null) // Must initialize
// 初始化head节点
// 细心的读者会知道原来 head 和 tail 初始化的时候都是 null 的
// 还是一步CAS，你懂的，现在可能是很多线程同时进来呢
if (compareAndSetHead(new Node()))
// 给后面用：这个时候head节点的waitStatus==0, 看new Node()构造方法就知道了
// 这个时候有了head，但是tail还是null，设置一下，
// 把tail指向head，放心，马上就有线程要来了，到时候tail就要被抢了
// 注意：这里只是设置了tail=head，这里可没return哦，没有return，没有return
// 所以，设置完了以后，继续for循环，下次就到下面的else分支了
tail = head;
else
// 下面几行，和上一个方法 addWaiter 是一样的，
// 只是这个套在无限循环里，反正就是将当前线程排到队尾，有线程竞争的话排不上重复排
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node))
t.next = node;
return t;
// 回到这段代码了，该看acquireQueued了
// if (!tryAcquire(arg)
// && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
// selfInterrupt();
// 下面这个方法，参数node，没有获取到锁，且经过addWaiter(Node.EXCLUSIVE)，此时已经进入阻塞队列
// 注意一下：如果acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))返回true的话，
// 意味着上面这段代码将进入selfInterrupt()，所以正常情况下，下面应该返回false
// 这个方法非常重要，应该说真正的线程挂起，然后被唤醒后去获取锁，都在这个方法里了
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg)
boolean failed = true;
try
boolean interrupted = false;
for (;;)
//获取到前驱节点
final Node p = node.predecessor();
// p == head 说明当前节点虽然进到了阻塞队列，但是是阻塞队列的第一个，因为它的前驱是head
// 注意，阻塞队列不包含head节点，head一般指的是占有锁的线程，head后面的才称为阻塞队列
// 所以当前节点可以去试抢一下锁
// 这里我们说一下，为什么可以去试试：
// 首先，它是队头，这个是第一个条件，其次，当前的head有可能是刚刚初始化的node，
// enq(node) 方法里面有提到，head是延时初始化的，而且new Node()的时候没有设置任何线程
// 也就是说，当前的head不属于任何一个线程，所以作为队头，可以去试一试，
// tryAcquire已经分析过了, 忘记了请往前看一下，就是简单用CAS试操作一下state
if (p == head && tryAcquire(arg))
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
// 到这里，说明上面的if分支没有成功，要么当前node本来就不是队头，
// 要么就是tryAcquire(arg)没有抢赢别人
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
finally
// 什么时候 failed 会为 true？--> tryAcquire() 方法抛异常的情况
if (failed)
cancelAcquire(node);
// 刚刚说过，会到这里就是没有抢到锁，这个方法说的是："当前线程没有抢到锁，是否需要挂起当前线程？"
// 第一个参数是前驱节点，第二个参数才是代表当前线程的节点
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node)
int ws = pred.waitStatus;
// 前驱节点的 waitStatus == -1 ，说明前驱节点状态正常，当前线程需要挂起，直接可以返回true
if (ws == Node.SIGNAL)
return true;
// 前驱节点 waitStatus大于0 ，之前说过，大于0 说明前驱节点取消了排队。
// 这里需要知道这点：进入阻塞队列排队的线程会被挂起，而唤醒的操作是由前驱节点完成的。
// 所以下面这块代码说的是将当前节点的prev指向waitStatus<=0的节点，
// 简单说，就是为了找个好爹，因为你还得依赖它来唤醒呢，如果前驱节点取消了排队，
// 找前驱节点的前驱节点做爹，往前遍历总能找到一个好爹的
if (ws > 0)
do
node.prev = pred = pred.prev;
while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
else
// 仔细想想，如果进入到这个分支意味着什么
// 前驱节点的waitStatus不等于-1和1，那也就是只可能是0，-2，-3
// 在我们前面的源码中，都没有看到有设置waitStatus的，所以每个新的node入队时，waitStatu都是0
// 正常情况下，前驱节点是之前的 tail，那么它的 waitStatus 应该是 0
// 用CAS将前驱节点的waitStatus设置为Node.SIGNAL(也就是-1)
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
// 这个方法返回 false，那么会再走一次 for 循序，
// 然后再次进来此方法，此时会从第一个分支返回 true
return false;
//挂起
private final boolean parkAndCheckInterrupt()
LockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();
分析：如果shouldParkAfterFailedAcquire返回true，则会parkAndCheckInterrupt挂起
如果返回false（第一次ws一定是0，因为前面没有设置，compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL)设置后，依赖上面的自旋
再次进入status才为-1，返回true）
为什么shouldParkAfterFailedAcquire(p, node)返回false的时候不直接挂起线程？
=> 是为了应对在经过这个方法后，node已经是head的直接后继节点了？？。
下面看下如何释放锁
public final boolean release(int arg)
//修改锁计数器，如果计数器为0,说明锁被释放
if (tryRelease(arg))
Node h = head;
//head节点的waitStatus不等于0，说明head节点的后继节点对应的线程，正在阻塞，等待被唤醒
if (h != null && h.waitStatus != 0)
//唤醒后继节点
unparkSuccessor(h);
return true;
return false;
protected final boolean tryRelease(int releases)
int c = getState() - releases;
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
// 是否完全释放锁
boolean free = false;
// 其实就是重入的问题，如果c==0，也就是说没有嵌套锁了，可以释放了，否则还不能释放掉
if (c == 0)
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
setState(c);
return free;
private void unparkSuccessor(Node node)
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
//后继节点
Node s = node.next;
// 下面的代码就是唤醒后继节点，但是有可能后继节点取消了等待（waitStatus==1）
// 从tail队尾往前找，找到waitStatus<=0的所有节点中排在最前面的，期间不break，所以最终s=t是最前面的
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)
//唤醒后继节点
LockSupport.unpark(s.thread);
详细的说明已经都在代码中了，暂不做特殊的说明，
在整个过程中cas设置state很重要，那么state代表了什么？
state作用
- 0:没有线程占有锁
- cas设置为1，证明获取到了锁
- 锁重入state+1
过程图上起来
可以看到都是把前驱结点waitStatus设置为-1
好了公平锁大致如此，非公平锁和公平锁有什么区别呢？
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
关于中断
用lockInterruptibly()，内部实现如下
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())
// 就是这里了，一旦异常，马上结束这个方法，抛出异常。
// 这里不再只是标记这个方法的返回值代表中断状态
// 而是直接抛出异常，而且外层也不捕获，一直往外抛到 lockInterruptibly
throw new InterruptedException();
finally
// 如果通过 InterruptedException 异常出去，那么 failed 就是 true 了
if (failed)
cancelAcquire(node);
lock本身只是在park的时候相应中断标记了中断标识，调用房需要检查是否中断，而lockInterruptibly在检查后直接抛异常了
响应中断
每个线程都关联了一个中断状态，是一个 true 或 false 的 boolean 值，初始值为 false。
如果线程处于以下三种情况，那么当线程被中断的时候，能自动感知到：
- 来自 Object 类的 wait()、wait(long)、wait(long, int)，
方法上都有: throws InterruptedException
重置中断状态为 false。 - 实现了 InterruptibleChannel 接口的类中的一些 I/O 阻塞操作，如 DatagramChannel 中的 connect 方法和 receive 方法等
抛出 ClosedByInterruptException 并重置中断状态 - Selector 中的 select 方法，参考下我写的 NIO 的文章
一旦中断，方法立即返回
线程阻塞挂起LockSupport.park(Object obj)，中断会导致唤醒，唤醒后不会重置中断状态
来吧，附上原地址，写的很不错的大佬，建议大家好好读一读：https://javadoop.com/post/AbstractQueuedSynchronizer
以上是关于ReentrantLock-AQS源码分析的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章