并发编程AQS源码解析

　　在并发编程中，ReentrantLock作为一个非常重要同步组件，基层是基于AQS同步器构建，我们一起以ReentrantLock源码，分析AQS工作原理。 简介
　　AQS(AbstractQueuedSynchronizer)使用一个int成员变量state表示同步状态（state为0，表示当前资源没有被占用，state>0，表示当前资源已经被占用），结合内置的一个同步队列(FIFO)完成资源获取线程的等待排队工作，如果当前线程没有获取到锁，则将线程封装成一个Node节点，加入到同步队列，等待唤醒，通过自旋的方式尝试获得锁。
　　Node节点组成 waitStatus：等待状态
　　Node prev：前驱节点
　　Node next：后继节点
　　Thread thread：获取同步状态的线程
　　Node nextWaiter：等待队列中的后继节点
　　Node节点状态：waitStatus INITIAL=0：初始状态
　　SIGNAL=-1：后继节点的线程处于等待状态，当前节点如果释放了同步状态，将通知后继节点
　　CONDITION=-2：节点在等待队列中，节点线程等待在Condition上，当其他线程对Condition调用了signal方法后，该节点将从等待队列转移到同步队列中，加入到对同步状态的获取中
　　PROPAGATE=-3：表示下一次共享式同步状态获取将会无条件的被传播下去
　　CANNELED=1：在同步队列中等待的线程等待超时或被中断，需要从同步队列中取消等待，节点进入该状态将不会变化源码分析
　　1. 加锁
　　首先从ReentrantLock的lock方法开始。 public void lock() {     sync.lock(); }
　　可以发现ReentrantLock实际调用的sync对象的lock方法，sync对象是ReentrantLock内部的一个静态内部类。 abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {         // ... }
　　sync类有两个是实现：FairSync、NonfairSync，分别对应公平锁和非公平锁。 先从非公平锁的角度分析源码，下文用sync代替非公平锁NonfairSync。  final void lock() {     if (compareAndSetState(0, 1))         setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());     else         acquire(1); }
　　sync类的lock方法先尝试通过CAS修改state的状态位1，如果修改成功，表示当前线程获取到锁。否则调用acquire方法尝试加锁。 public final void acquire(int arg) {     if (!tryAcquire(arg) &&         acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))         selfInterrupt(); }
　　acquire方法内部再次尝试通过tryAcquire获取锁。 final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {     final Thread current = Thread.currentThread();     int c = getState();     if (c == 0) {         if (compareAndSetState(0, acquires)) {             setExclusiveOwnerThread(current);             return true;         }     }     else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {         int nextc = c + acquires;         if (nextc < 0) // overflow             throw new Error(＂Maximum lock count exceeded＂);         setState(nextc);         return true;     }     return false; }
　　从这个方法可以看出，如果当前线程已经拥有锁，则将状态+acquires（获取锁的次数，需要释放相同的次数，可重入）直接返回加锁成功。如果没有获取到锁，则返回false。
　　回到acquire方法，假设tryAcquire没有加锁成功，继续跟踪addWaiter，通过方法名称可以猜出来，这个方法是将当前线程封装成一个Node。 private Node addWaiter(Node mode) {     Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);     // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure     Node pred = tail;     if (pred != null) {         node.prev = pred;         if (compareAndSetTail(pred, node)) {             pred.next = node;             return node;         }     }     enq(node);     return node; }
　　首先将当前线程封装成一个Node对象，如果当前队列是空的情况下，head和tail默认是都null，if (pred != null) 条件不成立，继续跟踪enq方法。  private Node enq(final Node node) {     for (;;) {         Node t = tail;         if (t == null) { // Must initialize             if (compareAndSetHead(new Node()))                 tail = head;         } else {             node.prev = t;             if (compareAndSetTail(t, node)) {                 t.next = node;                 return t;             }         }     } }
　　第一次循环，t为null，if (t == null) 条件成立，通过CAS设置head节点为一个空的Node节点(哨兵节点)，然后让tail和head同时指向哨兵节点。
　　哨兵节点表示当前已经获得锁，正在执行业务逻辑的线程
　　第二次循环，t不为null（t指向哨兵节点），node(当前线程封装的对象)的前驱指针指向t，即第一次循环创建的哨兵节点，通过CAS让tail指向node节点，然后将哨兵节点的后继指针指向node节点，结束循环。
　　通过自旋的方式初始化了哨兵节点，并且将当前线程Node节点添加到同步队列中，假设此时有多个线程抢占锁，最后都会进入同步队列等待。
　　继续跟踪acquireQueued方法，首先获取当前线程Node节点的前驱节点p，判断前驱节点p是否是头节点。通过上面的分析可知，p是头结点，然后通过通过tryAcquire方法尝试获取锁。 如果加锁成功，则将当前节点设置为头结点，并将之前创建的哨兵节点的next指针指向null，即断开哨兵节点与当前线程Node节点之间的关联，此时当前线程已经获取到锁。 如果加锁失败，则调用shouldParkAfterFailedAcquire方法。 final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {     boolean failed = true;     try {         boolean interrupted = false;         for (;;) {             final Node p = node.predecessor();             if (p == head && tryAcquire(arg)) {                 setHead(node);                 p.next = null; // help GC                 failed = false;                 return interrupted;             }             if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&                 parkAndCheckInterrupt())                 interrupted = true;         }     } finally {         if (failed)             cancelAcquire(node);     } }
　　头结点当前等待状态是初始状态，所以进入else代码块，设置头结点状态为SIGNAL(-1)，继续进行下一次循环。 假设下一次循环依旧没有加锁成功，再次进入shouldParkAfterFailedAcquire方法，当前头结点状态已经变成SIGNAL，返回true，继续调用parkAndCheckInterrupt方法。 private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {     int ws = pred.waitStatus;     if (ws == Node.SIGNAL)         return true;     if (ws > 0) {         do {             node.prev = pred = pred.prev;         } while (pred.waitStatus > 0);         pred.next = node;     } else {         compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);     }     return false; }
　　可以看出，当前线程被阻塞，进入等待状态。
　　至此已经完成了线程加锁失败，进入同步队列排队等待源码分析，下面继续看等待线程如何被唤醒。 private final boolean parkAndCheckInterrupt() {         LockSupport.park(this);         return Thread.interrupted(); }
　　2. 释放锁
　　排队线程的唤醒必须要由其他线程释放锁触发，所以我们继续跟踪ReentrantLock的unlock方法。 public void unlock() {     sync.release(1); }public final boolean release(int arg) {     if (tryRelease(arg)) {         Node h = head;         if (h != null && h.waitStatus != 0)             unparkSuccessor(h);         return true;     }     return false; }
　　ReentrantLock通过Sync的release方法释放锁，release调用了tryRelease方法，跟踪tryRelease方法源码。
　　判断当前线程是否是锁的独占线程，如果不是，抛出异常。所以我们使用ReentrantLock的时候，必须要加锁成功，才能执行unlock方法。 如果state-releases的结果等于0，说明已经释放锁成功，清空当前锁的独占线程，重置状态为0。 这里必须要注意，我们加锁几次，就要释放几次。  protected final boolean tryRelease(int releases) {     int c = getState() - releases;     if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())         throw new IllegalMonitorStateException();     boolean free = false;     if (c == 0) {         free = true;         setExclusiveOwnerThread(null);     }     setState(c);     return free; }
　　继续回到Sync.release方法，释放成功之后，如果头节点h不等于空，并且头结点h的等待状态不是0，调用unparkSuccessor方法(通过上面的分析可知，头结点的状态是-1，表示头结点的后继节点处于等待状态)。
　　头结点h的状态等于SIGNAL(-1)，CAS设置头结点状态为0，节点s(指向线程A对应的Node节点)不等于空，并且节点s的状态为初始状态（0），不会进入if条件，通过LockSupport.unpark唤醒线程A。 private void unparkSuccessor(Node node) {     int ws = node.waitStatus;     if (ws < 0)         compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);     Node s = node.next;     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)         LockSupport.unpark(s.thread); }
　　如果线程A等待超时或者被中断的情况
　　如果节点s的状态大于0(即线程A等待超时或者被中断)，执行for循环，此时tail指向线程B对应的Node节点。 第一次循环，t=tail，t指向Node B，并判断Node B的等待状态，Node B是初始状态（0），t赋值给s，s指向Node B。 第二次循环，t=Node A（t = t.prev），Node A由于等待超时或者被中断，所以等待状态waitStatus等于1，if (t.waitStatus <= 0)不成立。 第三次循环，t=head（t = t.prev），for循环条件不成立，结束循环
　　至此，s指向Node B，继续往下执行，通过LockSupport.unpark唤醒线程B。