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一文吃透AQS&ReentrantLock的前世与今生

amp 一文 前世 今生 吃透 ReentrantLock AQS
2023-06-13 09:11:20 时间

一.前言

hello,everyone,好久不见。最近工作太忙,一直没时间写博客。刚空下来,想了想java里面还有一个比较重要的体系:锁,还没有分享过。本文开始将从JUC包的基础数据结构AbstractQueuedSynchronizer(下文简称为AQS)为切入点开始分析JDK包中的锁机制。AQS是JUC包中许多同步类(Lock、Semaphore、ReentrantLock等)的基石,学好AQS对理解JUC包有重要的作用。本文介绍AQS时将结合ReentrantLock为大家做介绍,希望能够帮助到大家。

二.AQS

AQS是一种提供了原子式管理同步状态、阻塞和唤醒线程功能以及队列模型的简单框架。本文会从应用层逐渐深入到原理层,并通过ReentrantLock的基本特性和ReentrantLock与AQS的关联,来深入解读AQS相关独占锁的知识点。

本篇文章核心为AQS原理剖析,ReentrantLock仅做简单介绍,后续将会出一个专栏介绍,关注订阅我的java专栏不迷路~

2.1.AQS概览

2.1.1.AQS类框架图

图片来源:https://tech.meituan.com/2019/12/05/aqs-theory-and-apply.html

2.1.2.核心变量

//双向队列头结点,此节点的线程为占有当前state变量的线程
private transient volatile Node head;

//尾部结点,发生锁竞争时,未抢到锁的线程将会排队到尾部
private transient volatile Node tail;

/**
* 状态变量,AQS通过维护state变量的值来控制临界资源的访问
* 初始化为0表示没有线程占用,如果使用独占锁访问,抢到锁的线程会将state的值加1,可重入锁的实现就是基于此
* 字段,如果线程id等于持有state变量的线程id,则将state加1,后续释放锁时,也是在此处重复减1。后续在
* ReentrantLock中将会演示。
*/
private volatile int state;

说明:

AQS通过维护volatile修饰的state变量的值来控制对临界资源的访问,state的访问提供一下几个方法

getState()

setState()

compareAndSetState()【CAS】:设置并比较

//CAS比较并且设置值,又是熟悉的unsafe方法,底层调用C语言方法,利用JMM,在多线程环境下,保证修改的
//值是主存中最新的值
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

关于CAS的解析可以参考:https://www.jianshu.com/p/ae25eb3cfb5d
在java中常被用来乐观锁的实现
在博主另一篇文章ConcurrentHashMap中也有过介绍:https://juejin.cn/post/6960898411314823204

AQS定义两种资源共享方式:

1.Exclusive(独占,只有一个线程能执行,如ReentrantLock)

2.Share(共享,多个线程可同时执行,如Semaphore/CountDownLatch)。

  不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可,至于具体线程等待队列的维护(如获取资源失败入队/唤醒出队等),AQS已经在顶层实现好了。自定义同步器实现时主要实现以下几种方法:

  • isHeldExclusively():该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
  • tryAcquire(int):独占方式。尝试获取资源,成功则返回true,失败则返回false。
  • tryRelease(int):独占方式。尝试释放资源,成功则返回true,失败则返回false。
  • tryAcquireShared(int):共享方式。尝试获取资源。负数表示失败;0表示成功,但没有剩余可用资源;正数表示成功,且有剩余资源。
  • tryReleaseShared(int):共享方式。尝试释放资源,如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true,否则返回false。

  以ReentrantLock为例,state初始化为0,表示未锁定状态。A线程lock()时,会调用tryAcquire()独占该锁并将state+1。此后,其他线程再tryAcquire()时就会失败,直到A线程unlock()到state=0(即释放锁)为止,其它线程才有机会获取该锁。当然,释放锁之前,A线程自己是可以重复获取此锁的(state会累加),这就是可重入的概念。但要注意,获取多少次就要释放多么次,这样才能保证state是能回到零态的。

  再以CountDownLatch以例,任务分为N个子线程去执行,state也初始化为N(注意N要与线程个数一致)。这N个子线程是并行执行的,每个子线程执行完后countDown()一次,state会CAS减1。等到所有子线程都执行完后(即state=0),会unpark()主调用线程,然后主调用线程就会从await()函数返回,继续后余动作。

  一般来说,自定义同步器要么是独占方法,要么是共享方式,他们也只需实现tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。但AQS也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式,如ReentrantReadWriteLock。

2.1.3.AQS双向队列

图片来源:https://www.cnblogs.com/waterystone/p/4920797.html

//node节点为AQS内部双向队列的基础数据结构
static final class Node {
       //指示节点正在共享模式下等待的标记
    static final Node SHARED = new Node();
    
        //指示节点正在以独占模式等待的标记
    static final Node EXCLUSIVE = null;

        //表示当前结点已取消调度。当timeout或被中断(响应中断的情况下),会触发变更为此状态,进入该状态后的结点将不会再变化。
    static final int CANCELLED =  1;

        //表示后继结点在等待当前结点唤醒。后继结点入队时,会将前继结点的状态更新为SIGNAL
    static final int SIGNAL    = -1;

        //表示结点等待在Condition上,当其他线程调用了Condition的signal()方法后,CONDITION状态的结点将从等待队列转移到同步队列中,等待获取同步锁
    static final int CONDITION = -2;

        //共享模式下,前继结点不仅会唤醒其后继结点,同时也可能会唤醒后继的后继结点
    static final int PROPAGATE = -3;
    
        //当前节点的等待状态,即为上述的状态值
    volatile int waitStatus;

        //当前节点的前置节点
    volatile Node prev;

        //当前节点的后置节点
    volatile Node next;

        //当前节点的线程
    volatile Thread thread;
        
        //下一个等待节点
    Node nextWaiter;

      //当前是否为共享模式
    final boolean isShared() {
        return nextWaiter == SHARED;
    }

        //返回前置节点
    final Node predecessor() throws NullPointerException {
        Node p = prev;
        if (p == null)
            throw new NullPointerException();
        else
            return p;
    }

    Node() {    
    }

    Node(Thread thread, Node mode) {    
        this.nextWaiter = mode;
        this.thread = thread;
    }

    Node(Thread thread, int waitStatus) { 
        this.waitStatus = waitStatus;
        this.thread = thread;
    }
}

AQS内部通过维护一个双向链表来控制临界资源的访问。头结点为当前拥有访问共享变量权限的线程,后续节点为等待唤醒访问的节点。

2.2.核心方法解析

​ 说了这么多,其实AQS就是一个完整的API库,在JUC包中提供的很多工具类都是基于AQS的资源访问与释放等方法来实现的。

2.2.1.acquire(int)

acquire(int)方法是独占模式下线程获取共享资源的顶层入口,资源获取(加锁)入口。如果获取资源成功,则表示线程拿到state变量的访问权限,则对应线程可以执行当前的业务逻辑;获取失败则将节点入队。下面来看一下代码

public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}
//空方法,此方法让用户可以自定义去控制state变量的访问
protected boolean tryAcquire(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
private Node addWaiter(Node mode) {
        //以给定模式构造结点。mode有两种:EXCLUSIVE(独占)和SHARED(共享)
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    
    //尝试快速方式直接放到队尾。
    Node pred = tail;
    if (pred != null) {
        node.prev = pred;
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    //上一步失败则通过enq入队。
    enq(node);
    return node;
}
private Node enq(final Node node) {
        //CAS"自旋",直到成功加入队尾
    for (;;) {
        Node t = tail;
        // 队列为空,创建一个空的标志结点作为head结点,并将tail也指向它。
        if (t == null) { 
            if (compareAndSetHead(new Node()))
                tail = head;
        /正常流程,放入队尾
        } else {
            node.prev = t;
            if (compareAndSetTail(t, node)) {
                t.next = node;
                return t;
            }
        }
    }
}
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        //标记是否成功拿到资源
    boolean failed = true;
    try {
            //标记等待过程中是否被中断过
        boolean interrupted = false;
        //自旋
        for (;;) {
                //获取前驱节点
            final Node p = node.predecessor();
            /如果前驱是head,即该结点已成老二,那么便有资格去尝试获取资源(可能是老大释放完资源唤醒自己的,当然也可能被interrupt了)。
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
            //拿到资源后,将head指向该结点。所以head所指的标杆结点,就是当前获取到资源的那个结点或null。
                setHead(node);
                // setHead中node.prev已置为null,此处再将head.next置为null,就是为了方便GC回收以前的head结点。也就意味着之前拿完资源的结点出队了!
                p.next = null;
                // 成功获取资源
                failed = false;
                /返回等待过程中是否被中断过
                return interrupted;
            }
            //如果自己可以休息了,就通过park()进入waiting状态,直到被unpark()。如果不可中断的情况下被中断了,那么会从park()中醒过来,发现拿不到资源,从而继续进入park()等待。
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                //如果等待过程中被中断过,哪怕只有那么一次,就将interrupted标记为true
                interrupted = true;
        }
    } finally {
    // 如果等待过程中没有成功获取资源(如timeout,或者可中断的情况下被中断了),那么取消结点在队列中的等待。
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
        //拿到前驱的状态
    int ws = pred.waitStatus;
    if (ws == Node.SIGNAL)
        //如果已经告诉前驱拿完号后通知自己一下,那就可以安心休息了
        return true;
    if (ws > 0) {
        // 如果前驱放弃了,那就一直往前找,直到找到最近一个正常等待的状态,并排在它的后边。
        //注意:那些放弃的结点,由于被自己“加塞”到它们前边,它们相当于形成一个无引用链,稍后就会被GC回收
        do {
            node.prev = pred = pred.prev;
        } while (pred.waitStatus > 0);
        pred.next = node;
    } else {
        //如果前驱正常,那就把前驱的状态设置成SIGNAL,告诉它拿完号后通知自己一下。有可能失败,人家说不定刚刚释放完呢!
        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
    }
    return false;
}
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
    //调用park()使线程进入waiting状态
    LockSupport.park(this);
    //如果被唤醒,查看自己是不是被中断的。Thread.interrupted()会清除当前线程的中断标记位
    return Thread.interrupted();
}

看完源码总结一下

  1. 调用自定义同步器的tryAcquire()尝试直接去获取资源,如果成功则直接返回;
  2. 没成功,则addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部,并标记为独占模式;
  3. acquireQueued()使线程在等待队列中休息,有机会时(轮到自己,会被unpark())会去尝试获取资源。获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过,则返回true,否则返回false。
  4. 如果线程在等待过程中被中断过,它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt(),将中断补上。

图片来源:https://www.cnblogs.com/waterystone/p/4920797.html

2.2.2. release(int)

与acquire(int)方法对应,release(int)是独占模式下线程释放共享资源的顶层入口,资源释放(解锁)入口。如果彻底释放了(即state=0),它会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源。下面来看一下源码

public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
            //找到头结点
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
                //唤醒等待队列里的下一个线程
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}
//同理为空方法,由对应的实现类来实现
protected boolean tryRelease(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
private void unparkSuccessor(Node node) {
    //这里,node一般为当前线程所在的结点。
    int ws = node.waitStatus;
    //置零当前线程所在的结点状态,允许失败。
    if (ws < 0)
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
    //找到下一个需要唤醒的结点s
    Node s = node.next;
    /如果为空或已取消
    if (s == null || s.waitStatus > 0) {
        s = null;
        // 从后向前找。
        for (Node t = tail; t != null &amp;&amp; t != node; t = t.prev)
                        //从这里可以看出,<=0的结点,都是还有效的结点。
            if (t.waitStatus <= 0)
                s = t;
    }
    //唤醒
    if (s != null)
        LockSupport.unpark(s.thread);
}

release的逻辑相对来说比较简单,将头结点置空等待GC,往后寻找未被取消的节点,waitStatus<=0的节点,将其唤醒作为头结点,获取state的访问权限。

2.2.3.acquireShared(int)

此方法是共享模式下线程获取共享资源的顶层入口。它会获取指定量的资源,获取成功则直接返回,获取失败则进入等待队列,直到获取到资源为止,整个过程忽略中断。下面来看一下源码

public final void acquireShared(int arg) {
//AQS已经把其返回值的语义定义好了:负值代表获取失败;0代表获取成功,但没有剩余资源;正数表示获取成功,
//还有剩余资源,其他线程还可以去获取。尝试获取资源,成功则直接返回
tryAcquireShared()
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
    失败则通过doAcquireShared()进入等待队列,直到获取到资源为止才返回
        doAcquireShared(arg);
}
//同理业务侧自己实现
protected int tryAcquireShared(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}
private void doAcquireShared(int arg) {
        //加入队列尾部
    final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
    //是否成功标志
    boolean failed = true;
    try {
    //等待过程中是否被中断过的标志
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
                //前驱
            final Node p = node.predecessor();
         //如果到head的下一个,因为head是拿到资源的线程,此时node被唤醒,很可能是head用完资源来唤醒自己的
            if (p == head) {
                    //尝试获取资源
                int r = tryAcquireShared(arg);
                //成功
                if (r >= 0) {
                    setHeadAndPropagate(node, r);
                    p.next = null; // help GC
                    /如果等待过程中被打断过,此时将中断补上。
                    if (interrupted)
                        selfInterrupt();
                    failed = false;
                    return;
                }
            }
            //判断状态,寻找安全点,进入waiting状态,等着被unpark()或interrupt()
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &amp;&amp;
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}
private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
    Node h = head; // Record old head for check below
    //head指向自己
    setHead(node);
    //如果还有剩余量,继续唤醒下一个邻居线程
    if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
        (h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
        Node s = node.next;
        if (s == null || s.isShared())
            doReleaseShared();
    }
}

整体逻辑与入队独占锁一致

跟独占模式比,还有一点需要注意的是,这里只有线程是head.next时(“老二”),才会去尝试获取资源,有剩余的话还会唤醒之后的队友。那么问题就来了,假如老大用完后释放了5个资源,而老二需要6个,老三需要1个,老四需要2个。老大先唤醒老二,老二一看资源不够,他是把资源让给老三呢,还是不让?答案是否定的!老二会继续park()等待其他线程释放资源,也更不会去唤醒老三和老四了。独占模式,同一时刻只有一个线程去执行,这样做未尝不可;但共享模式下,多个线程是可以同时执行的,现在因为老二的资源需求量大,而把后面量小的老三和老四也都卡住了。当然,这并不是问题,只是AQS保证严格按照入队顺序唤醒罢了(保证公平,但降低了并发)

2.2.4. releaseShared()

反向释放 共享锁

public final boolean releaseShared(int arg) {
        //尝试释放资源
    if (tryReleaseShared(arg)) {
            //唤醒后继结点
        doReleaseShared();
        return true;
    }
    return false;
}
private void doReleaseShared() {
   
    for (;;) {
        Node h = head;
        if (h != null &amp;&amp; h != tail) {
            int ws = h.waitStatus;
            if (ws == Node.SIGNAL) {
                if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
                    continue;    
                    //唤醒后继
                unparkSuccessor(h);
            }
            else if (ws == 0 &amp;&amp;
                     !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
                continue;               
        }
        // head发生变化
        if (h == head)                  
            break;
    }
}

此方法的流程也比较简单,一句话:释放掉资源后,唤醒后继。跟独占模式下的release()相似,但有一点稍微需要注意:独占模式下的tryRelease()在完全释放掉资源(state=0)后,才会返回true去唤醒其他线程,这主要是基于独占下可重入的考量;而共享模式下的releaseShared()则没有这种要求,共享模式实质就是控制一定量的线程并发执行,那么拥有资源的线程在释放掉部分资源时就可以唤醒后继等待结点。例如,资源总量是13,A(5)和B(7)分别获取到资源并发运行,C(4)来时只剩1个资源就需要等待。A在运行过程中释放掉2个资源量,然后tryReleaseShared(2)返回true唤醒C,C一看只有3个仍不够继续等待;随后B又释放2个,tryReleaseShared(2)返回true唤醒C,C一看有5个够自己用了,然后C就可以跟A和B一起运行。而ReentrantReadWriteLock读锁的tryReleaseShared()只有在完全释放掉资源(state=0)才返回true,所以自定义同步器可以根据需要决定tryReleaseShared()的返回值。

三.ReentrantLock简介及使用

3.1.介绍

ReentrantLock意思为可重入锁,指的是一个线程能够对一个临界资源重复加锁。常被用来与Synchronized关键字做对比。本节将针对前文对AQS的原理的讲解进行串联,帮助大家理解AQS在ReentrantLock中起到的作用。

Synchronized与ReentrantLock区别:https://juejin.cn/post/6844903695298068487

3.1.1.公平锁与非公平锁

ReentrantLock支持两种加锁方式,公平锁与非公平锁。

以排对吃肯德基的场景介绍一下ReentrantLock中公平锁与非公平锁

公平锁:我想吃肯德基,看到前面有人在排队,老老实实的排到现有队伍的最后面,等前面的人买完我再买。

非公平锁::我想吃肯德基,看到前面有人在排队,我不想排,直接插队去买,如果这个时候你下单成功了,那你就可以省去排队时间吃到了肯德基,但是如果下单失败,就老老实实的继续去排队。

优点

缺点

公平锁

所有的线程都能得到资源,不会饿死在队列中

吞吐量会下降很多,队列里面除了第一个线程,其他的线程都会阻塞,cpu唤醒阻塞线程的开销会很大

非公平锁

可以减少CPU唤醒线程的开销,整体的吞吐效率会高点,CPU也不必取唤醒所有线程,会减少唤起线程的数量

可能导致队列中间的线程一直获取不到锁或者长时间获取不到锁,导致饿死

3.2.ReentrantLock使用

3.2.1.ReentrantLock构造方法

ReentrantLock默认使用非公平锁

//默认构造方法中非公平锁
public ReentrantLock() {
    sync = new NonfairSync();
}

//非公平锁与公平锁自行选择
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
/**
 * 非公平锁
 */
static final class NonfairSync extends Sync {
    private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

    final void lock() {
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            acquire(1);
    }

    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        return nonfairTryAcquire(acquires);
    }
}

/**
 * 公平锁
 */
static final class FairSync extends Sync {
    private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

    final void lock() {
        acquire(1);
    }
        
        //尝试加载资源
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        if (c == 0) {
            if (!hasQueuedPredecessors() &amp;&amp;
                compareAndSetState(0, acquires)) {
                setExclusiveOwnerThread(current);
                return true;
            }
        }
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            int nextc = c + acquires;
            if (nextc < 0)
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            setState(nextc);
            return true;
        }
        return false;
    }
}

3.2.2.ReentrantLock加锁与解锁使用

到现在为止大家应该还不清楚ReentrantLock与AQS到底是怎么做关联的

我们先来简单使用一下ReentrantLock

不加锁

public class Demo {
    int count = 1;

    public void add(){
            this.count ++;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Demo demo = new Demo();
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(30);
        List<Runnable> runnables = new ArrayList<>();
        List<Future<?>> futures = new ArrayList<Future<?>>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            runnables.add(()->{
                demo.add();
            });
        }
        runnables.forEach(e->{
            futures.add(executorService.submit(e));
        });
        //等待所有任务执行完成
        for(Future<?> f : futures) {
            try {
                f.get();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println(demo.count);

    }
}


控制台输出:
987
基本上不等于1001

加锁

public class Demo {
    ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
    int count = 1;

    public void add(){
        reentrantLock.lock();
        try{
            this.count ++;
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            reentrantLock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Demo demo = new Demo();
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(30);
        List<Runnable> runnables = new ArrayList<>();
        List<Future<?>> futures = new ArrayList<Future<?>>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            runnables.add(()->{
                demo.add();
            });
        }
        runnables.forEach(e->{
            futures.add(executorService.submit(e));
        });
        //等待所有任务执行完成
        for(Future<?> f : futures) {
            try {
                f.get();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println(demo.count);

    }
}

3.2.3.ReentrantLock加锁与解锁解析

从3.2.2.的代码里面可以看到ReentrantLock的加锁与解锁依靠lock()与unlock()方法。我们去看看这两个方法在干什么

1.Lock()方法

public void lock() {
    sync.lock();
}
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        //省略不必要代码
    abstract void lock();
    //省略不必要代码
}

查看lock方法实现

有公平锁与非公平锁的实现。

为展示方便,以公平锁实现逻辑为例

//FairSync类
final void lock() {
    acquire(1);
}
//资源获取方法
public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &amp;&amp;
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

在FairSync类中还有一个方法tryAcquire

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        //获取当前线程变量
    final Thread current = Thread.currentThread();
                    //获取共享变量
            int c = getState();
            //未被占用
            if (c == 0) {
                    //公平锁体现,如果没有等待队列,并且CAS设置状态成功,则拿到锁
                if (!hasQueuedPredecessors() &amp;&amp;
                    compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            //如果被占用了,但是占用的线程是当前线程,则将state加1,可重入锁的体现
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0)
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
}

发现他是一个覆盖方法,与上文讲的业务侧实现的机制一致。

protected boolean tryAcquire(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

到此我们将ReentrantLock方法与AQS的方法关联起来了,下面我们来梳理一下公平锁的加锁的步骤

2.unlock()方法

//ReentrantLock方法
public void unlock() {
    sync.release(1);
}
//AQS内部方法
public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        if (h != null &amp;&amp; h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}

3.2.4.公平锁与非公平锁实现差异

我们知道ReentrantLock是独占锁,那么里面的公平锁与非公平锁的差异点在哪里呢?

不看源码,我们结合上文对AQS与公平锁实现的代码的解析大家觉得能在哪里体现呢?

肯定是lock()方法,公平锁中lock方法发现如果共享变量被非当前线程的线程给占用了,并且已经有线程在排队了,那么就老老实实的去排队了。我们回到肯德基那张图,非公平锁知道state被占用的情况下,并且有线程在排队时,会直接尝试插队。ok,带着这个思路我们看一下非公平锁的实现

final void lock() {
        //第一次插队,不管当前state是否被占用,先cas一次碰运气看看能不能抢到资源访问的权限
    if (compareAndSetState(0, 1))
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
    else
        acquire(1);
}
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    return nonfairTryAcquire(acquires);
}
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    //未被占用,则设置值
    if (c == 0) {
            //再抢一次
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    //重入锁实现
    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;
}
  1. 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。
  2. 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。

四.参考引用及鸣谢

图文思路参考:https://tech.meituan.com/2019/12/05/aqs-theory-and-apply.html

本文重点参考:https://www.cnblogs.com/waterystone/p/4920797.html