ReentrantLock锁机制原理

因为ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock的实现原理基本相同，就单看ReentrantLock。

 

第一步先看加锁

 final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1))                              // 第一次尝试CAS指令来获取锁，若是失败的话，再通过acquire（1）方法获取锁。
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }

  acquire(1)方法的实现是一个非公平的偏向锁，

 

  public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))      // 这里若是获取锁失败的话，那么加入等待队列，是一个CLH的实现！
            selfInterrupt();
    }

  tryAcquire 就是JAVA的偏向锁实现，，先看看最tryAcquire的实现：

 

 final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {                                        // c==0 代表当前没有没有线程竞争锁，因为是可重入锁，所以通过CPU的指令对acquires+1 在释放锁的时候会对acquires-1
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {           // 这里并没有指定是队列中的第一个元素，是所有可竞争的线程，所以才是它不公平的地方，排队不一定有用！
                    setExclusiveOwnerThread(current);            //标示当前线程为获取锁的线程，并返回true
                    return true;                   
                }
            }
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {    // 这里是偏向锁实现的关键，重入后还是自己持有锁，那么不去执行CAS操作获取锁等操作导致的时间延迟，
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

  看看addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg) 是如何实现的吧

 

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) {                         // 若是尾节点不为空的话，那么设置新进入的线程上一个节点是尾节点，同时通过CAS将当前线程设置为尾节点！
            node.prev = pred;
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                pred.next = node;
                return node;
            }
        }
        enq(node);                                   // 若是尾节点为空，具体看看enq方法
        return node;
    }


 private Node enq(final Node node) {
        for (;;) {
            Node t = tail;
            if (t == null) { // Must initialize            // 若是尾节点为空的话，那么新建一个假的节点并设置为首节点
                Node h = new Node(); // Dummy header
                h.next = node;
                node.prev = h;                             // 将首节点设置为当前节点的前节点 
                if (compareAndSetHead(h)) { 
                    tail = node;
                    return h;
                }
            }
            else {                                        // 若是不为空，直接设置当前节点为尾节点
                node.prev = t;
                if (compareAndSetTail(t, node)) {
                    t.next = node;
                    return t;
                }
            }
        }
    }

  总的说 addWaiter方法就是将线程加入到队列的尾部。

 

  在回过头来看看  acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg) 中 acquireQueued方法做的工作：

  final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {

        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {                // 若是上一个节点是头结点的话，那么尝试当前线程获取锁，因为你后面没有线程了(至于为什么后面没有线程在后面会解释)
                    setHead(node);                                 // 执行了当前线程后，并将当前线程设置为头线程，置后节点为空。
                    p.next = null; // help GC
                    return interrupted;
                }
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&       // 若是自己的前节点不是头节点，或者没有竞争到锁的话，那么park当前线程 
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } catch (RuntimeException ex) {
            cancelAcquire(node);
            throw ex;
        }
    }

  先看 shouldParkAfterFailedAcquire干了什么 

 

 private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
        int ws = pred.waitStatus;                                         //在第一次进入的时候头节点是空对象，所以它的waitStatus就是默认值0
        if (ws == Node.SIGNAL)
            /*
             * This node has already set status asking a release
             * to signal it, so it can safely park
             */
            return true;
        if (ws > 0) {
            /*
             * Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
             * indicate retry.
             */
	    do {
		node.prev = pred = pred.prev;
	    } while (pred.waitStatus > 0);                              // 清理那些一直未拿到锁，并最终抛出异常的线程！
	    pred.next = node;
        } else {
            /*
             * waitStatus must be 0 or PROPAGATE. Indicate that we
             * need a signal, but don't park yet. Caller will need to
             * retry to make sure it cannot acquire before parking. 
             */
            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);           // 这个时候就会尝试将头结点的waitStatus设置为SIGNAL状态，就是-1，
        } 
        return false;
    }

    在第一次进入的时候头节点是空对象，所以它的waitStatus就是默认值0，在结果返回false后，在外层的 acquireQueued方法中是一个for(;;)，下次再次进入的话 ，因为前节点已经是的waitStatus已经变成了SIGNAL，所以会返回true，那么就会执行 

       if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) 中的 parkAndCheckInterrupt,这个方法具体如下所示：

       private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        LockSupport.park(this);                       // 简单的park当前没有抢到锁的线程！ 
        return Thread.interrupted();
    }

    此刻就会进入：

 final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {

        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    return interrupted;
                }
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } catch (RuntimeException ex) {
            cancelAcquire(node);                    // 在前面park自己的线程后
            throw ex;
        }
    }

  因为总有一个线程会抢到锁，所以再来看看unlock会干什么事情。

    public final boolean release(int arg) {

        if (tryRelease(arg)) {                 //因为是可重入锁，那么就先减少1
            Node h = head;                     
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                unparkSuccessor(h);            进行队列中线程的unpark，从头部节点开始，从这里看到，
            return true;
        }
        return false;
    }

private void unparkSuccessor(Node node) {
        /*
         * If status is negative (i.e., possibly needing signal) try
         * to clear in anticipation of signalling. It is OK if this
         * fails or if status is changed by waiting thread.
         */
        int ws = node.waitStatus;
        if (ws < 0)
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);                     // 将头部节点置为 0 ，因为在 final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {函数中，我们是将一个拿到锁的线程置为了头部节点，所以需要将那个原本执行的线程重置为一个初始状态！

        /*
         * Thread to unpark is held in successor, which is normally
         * just the next node.  But if cancelled or apparently null,
         * traverse backwards from tail to find the actual
         * non-cancelled successor.
         */
        Node s = node.next;
        if (s == null || s.waitStatus > 0) {
            s = null;
            for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)  // 这里就是最关键的地方了，找到当前执行线程的下一个节点，参数传入的是头节点，那么就是找到头节点后一个处在可运行状态的节点，并进行unpark，到这里我们就可以清晰的看出整体中是一个不完全的先进先出队列，不完全是因为就算unpark了你，当你还需要去跟其他未进入队列的线程竞争，若是竞争失败的话，还的乖乖的回到原点，继续等待！
                if (t.waitStatus <= 0)
                    s = t;
        }
        if (s != null)
            LockSupport.unpark(s.thread);
    }