深入理解ReentrantLock Condition

Posted 2023-03-09

参考技术A

ReentrantLock是一个可重入且独占式的锁，它具有与使用synchronized监视器锁相同的基本行为和语义，但与synchronized关键字相比，它更灵活、更强大，增加了轮询、超时、中断等高级功能。ReentrantLock，顾名思义，它是支持可重入锁的锁，是一种递归无阻塞的同步机制。除此之外，该锁还支持获取锁时的公平和非公平选择。

以非公平所为例，从ReentrantLock.lock()方法进入，逐步分析获取锁的过程

AQS的state可以把它当作是多个线程争夺的某种资源，对于ReentrantLock来说，0表示空闲，也就是还没有线程获取该资源，大于等于1表示已经有线程获取了该资源，或者获取资源以后执行了多次重入。可以看到如果CAS设置state的值失败，则执行acquire方法。

tryAcquire由相应子类实现，在ReentrantLock非公平锁中调用了nofairTryAcquire方法。

继续再做一步对state的CAS操作，判断当前正在获取资源的线程是不是已经拿到资源的线程，也就是ReentrantLock的可重入，获取到资源以后，再次获取，就对AQS的state+1。如果返回false，没有获取到资源，则会将当前线程放入同步队列中。

同步队列是一个先进先出的双向队列，存放没有获取到资源，在此阻塞的线程。因为不止有一个线程在尝试加入队列，存在线程安全问题，所有CAS操作可能会失败，第一次失败以后就会进入自旋，直到存储该线程的节点加入到同步队列。

接着执行acquireQueued方法，主要逻辑就是在当前节点的前驱状态是SIGNAL时，将当前节点的线程阻塞。

又是一次自旋，如果当前节点的前驱节点是头节点，则尝试获取一次资源，获取失败，继续执行shouldParkAfterFailedAcquire

如果前驱节点的状态大于0，表示前驱节点已经被取消，则一直向前查找，直到前驱节点的状态值小于等于0。然后设置前驱节点的状态为SIGNAL，之所以CAS设置前驱节点的状态的原因是如果前驱节点为头节点，并且其他线程这时候也在进行unlock操作，则同样要设置节点的状态。

前驱节点的状态改为SIGNAL，则会阻塞当前线程，等待其他线程释放资源以后被唤醒。

更改AQS中state的值，设置独占线程为null

compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);也就是前两步说的在释放锁的过程中，对头节点状态状态的改变。继续如果头节点的后继节点为null，或者已经设置为取消状态，则从尾向前查找一个可以被唤醒的节点。

公平锁就是要在获取锁之前，先判断同步队列中有没有比当前线程更早等待的节点。

我对(s = h.next) == null的理解就是在第一个节点加入同步队列时，头和尾初始化完成，但是此时还没有设置头节点的后继节点，所以头节点的后继节点为null，同步队列中即将要插入一个阻塞的节点，所以这种情况下，仍然能够说明同步队列中是有节点在排队等待的。

可以看到在获取资源的过程中，会尽量响应中断并且在线程被唤醒以后，如果是中断状态会抛出中断异常。

如果在指定的时间内，能够获取到资源，则返回true，否则返回false。

可以看到在将线程阻塞时，也是用的限时阻塞，在规定时间后，线程自动唤醒。

Condition配合ReentrantLock可以实现synchronized的wait、notify类似的功能。并且功能比synchronized更加强大，能够实现中断、限时。

整体逻辑就是在条件队列中增加当前线程的节点，释放锁资源，阻塞，唤醒之后继续竞争锁资源。

将当前线程所在节点加入到条件队列中lastWaiter的尾部，如果lastWaiter节点的状态不是CONDITION，则对条件队列的所有节点进行一次清除，清除掉所有不是CONDITION状态的节点，重新获得lastWaiter。

接着释放掉当前线程占有的所有资源，并且唤醒同步队列的节点。

继续判断当前节点是否在同步队列，然后将当前线程阻塞，等待被unlock或者await释放锁资源唤醒或者中断（LockSupport.park响应中断）。

判断在阻塞过程中是否发生了中断

将节点由条件队列转移至同步队列，如果此时调用signal的线程正在将此节点由条件队列转移至同步队列，则等待signal线程操作完成。
接下来进入同步队列继续竞争锁资源，然后根据中断状态做出相应的响应，如果是THROW_IE则抛出中断异常，如果是REINTERRUPT，则将线程的中断标志位设置为中断状态。
疑问：为什么由当前线程自己完成的向同步队列的转移就要抛出中断异常。

signal的逻辑就是将条件队列中的一个节点转移到同步队列。