ReentrantLock与AQS源码解析

根据校长视频学习,自己分析了一遍,供自己记录学习。

1 AQS引入

AQS是队列同步器,是提供同步锁的一种模板框架,也是lock锁实现的底层机制。

1.2 AQS执行流程

Aqs 是通过int 变量state来表示加锁状态,通过fifo同步队列来管理线程同步状态。流程:当前线程获取同步状态失败时,同步器会将线程以及等待信息构造成一个节点,加入同步队列中,同时阻塞当前线程,当同步状态释放时,会把首节点中的线程唤醒,再次尝试获取同步状态。

AQS是经典采用了模板方法设计模式的,主要提供了一下五个魔版方法供我们重写加锁/解锁逻辑。

2 源码解读

以下源码基于非公平锁进行解析

同步队列器node状态描述:

2.1 lock

lock方法表示非阻塞式加锁,一起来看看是怎样实现的吧

        final void lock() {
            /**
             *  对state通过cas的方式进行加锁
             */
            if (compareAndSetState(0, 1))
            /**
             * 加锁成功设置当前拥有独占访问权限的线程
             */
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                /** 加锁失败 设置尾节点**/
                acquire(1);
        }

accquire 表示以独占模式获取锁,忽略中断。通过调用至少一次 tryAcquire 来实现,成功返回。

    public final void acquire(int arg) {
            /**
             * !tryAcquire(arg)表示加锁失败,     addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg):表示将该线程加入到同步队列的尾节点
   acquireQueued():将队列中的线程设置为等待唤醒状态
             */
if (!tryAcquire(arg) &&
            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }

tryquire()方法逻辑:使用cas修改state

    final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
/**
 表示可重入
*/
            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;
        }

addWaiter(Node.EXCLUSIVE) 逻辑:为当前线程和给定模式创建和排队节点

private Node addWaiter(Node mode) {
        Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
        // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
		
		// 将当前线程插入到尾节点
        Node pred = tail;
        if (pred != null) {
            node.prev = pred;
			// cas 插入
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                pred.next = node;
                return node;
            }
        }
		// 插入失败则进行 死循环 自旋的方式 一直尝试cas插入。
        enq(node);
        return node;
    }

acquireQueued方法逻辑:以独占不间断模式获取已在队列中的线程。由条件等待方法和获取使用。

 final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true;
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
 
                final Node p = node.predecessor();
				// 前节点为head表示可以竞争锁
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
				// 竞争成功设置当前节点为head
                    setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return interrupted;
                }
				/**
				shouldParkAfterFailedAcquire:将前节点设置为等待状态
				 parkAndCheckInterrupt():调用park 阻塞当前线程,并设置当前中断状态;ps:该线程由前节点线程负责唤醒
				*/
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
			// 发生异常:将当前节点移除队列并设置状态为cancel
                cancelAcquire(node);
        }
    }

lock 总结: 在这里插入图片描述

2.2 tryLock 方法

trylock方法表示:非阻塞式获取锁,获取锁失败并不会进入阻塞(减少了用户态到内核态的调用)

    public boolean tryLock() {
        return sync.nonfairTryAcquire(1);
    }

nonfairTryAcquire(1);

// 逻辑比较简单就是cas尝试获取,获取失败则直接退出了而不会在加入到同步队列了
        final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
			//可重入
            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;
        }

2.2 tryLock(arg )可超时获取锁

trylock(arg):在规定时间内尝试获取锁,超时后返回false,通过加入队列后判断时间,设置好超时park 就可以。时间一到就可以 底层调用了 doAcquireNanos 方法。

  private boolean doAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout)
            throws InterruptedException {
        if (nanosTimeout <= 0L)
            return false;
			// 获取超时时间
        final long deadline = System.nanoTime() + nanosTimeout;
		// 加入同步队列
        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 true;
                }
                nanosTimeout = deadline - System.nanoTime();
                if (nanosTimeout <= 0L)
                    return false;
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    nanosTimeout > spinForTimeoutThreshold)
					// 超时阻塞
                    LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);
                if (Thread.interrupted())
                    throw new InterruptedException();
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

总结:

2.3 unLock释放锁

底层调用了 aqs的 release方法

    public final boolean release(int arg) {
	  //tryrelease 进行修改state变量 解锁
        if (tryRelease(arg)) {
            Node h = head;
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
			 // 唤醒后继节点线程
                unparkSuccessor(h);
            return true;
        }
        return false;
    }

tryRelease:对锁状态进行修改


        protected final boolean tryRelease(int releases) {
          // 获取锁当前状态
		    int c = getState() - releases;
            if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            boolean free = false;
            if (c == 0) {
                free = true;
				// 设置当前独享线程为null
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
			// 设置锁当前状态
            setState(c);
            return free;
        }

unparkSuccessor:唤醒后继节点

 private void unparkSuccessor(Node node) {

        int ws = node.waitStatus;
        if (ws < 0)
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);


		 
		 // 获取后继节点
        Node s = node.next;
		// 后继节点是否有效
        if (s == null || s.waitStatus > 0) {
            s = null;
			// 找到其中有效的节点
            for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
                if (t.waitStatus <= 0)
                    s = t;
        }
        if (s != null)
		// 唤醒
            LockSupport.unpark(s.thread);
    }
end
  • 作者:王富贵(联系作者)
  • 发表时间:2022-06-05 13:39
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