源碼分析----Lock鎖

總結先寫前面: 後面留給你去驗證

在AQS當中:
主要有五個值得關注的點:

• private volatile int state; 鎖狀態的標誌位0 爲沒有上鎖。大於0 表示 加鎖 值標識鎖重入的次數。
• cas原子操作 保證了交換鎖標誌位的值，以及入隊列等操作在高併發條件下不會出錯。
• LockSupport 提供了將線程阻塞跟喚醒的操作，避免了無謂的自旋操作。
• 隊列 存儲所有阻塞的等待喚醒的線程。以便在釋放鎖的時候使用LockSuport來喚醒它們。
• 自旋

1. NonfairSync#lock()

分析階段

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

這裏面調用了兩個方法:

1> 一個cas操作 如果設置成功 那就獲得鎖 並設置當前持有的線程爲當前線程。可以直接獲得執行的權利，不用去與其他線程來競爭執行的權利

    protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        // See below for intrinsics setup to support this
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
    }

2> 設置 線程爲持有線程

    protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
        exclusiveOwnerThread = thread;
    }

3> 獲取鎖失敗參與鎖競爭

    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }

這裏先引入公平鎖 非公平鎖的概念:

公平鎖:所有的鎖都通過競爭來獲取鎖

非公平鎖： 鎖可以先嚐試獲取鎖 ，如果獲取成功就不用參與競爭，第一次獲取鎖失敗就參與競爭。

acquire(1);acquire方法做了兩件事:嘗試獲取鎖，嘗試失敗就放到等待隊列裏面。

我們先討論非公平鎖,它的tryAcquire：

        final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            //拿到當前線程
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            //當前狀態是未加鎖
            if (c == 0) {
                //acquires = 1 設置成1，嘗試獲取 獲取不到也沒事。爲true 就是獲取鎖成功
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }//如果當前線程是執行線程。
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                //每次都 + 1
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                //賦值
                setState(nextc);
                return true;
            }
            //獲取鎖失敗
            return false;
        }

nonfairTryAcquire總結:非公平鎖的如果當前鎖未被線程持有那就先持有，如果是第二次獲取當前鎖state++ ，可重入的鎖。

我們先分析完添加到隊列的方法然後再看如何解鎖將state 變爲 0 的.
將當前線程創建成一個Node 並且入隊列。

    private Node addWaiter(Node mode) {
       //排他鎖Node.EXCLUSIVE,創建節點
        Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
        // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
        // 比較快的方式入隊列,放到尾部
        Node pred = tail;
        if (pred != null) {
            node.prev = pred;
            //可以設置
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                //改變指針
                pred.next = node;
                return node;
            }
        }
        // 如果隊列爲空，入隊列
        enq(node);
        return node;
    }

自旋入隊列

    private Node enq(final Node node) {
        for (;;) {
            //尾部大概率是空的
            Node t = tail;
            if (t == null) { // Must initialize 
                //頭設置一個空的節點
                if (compareAndSetHead(new Node()))
                    tail = head;
            } else {
                node.prev = t;
                if (compareAndSetTail(t, node)) {
                    t.next = node;
                    return t;
                }
            }
        }
    }

添加到隊列不是很複雜,但是下面的纔是複雜的。

    //以排他的不間斷模式獲取已排隊的線程。>>>>>>>>>>>>>>>>
    final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        //獲取鎖標誌
        boolean failed = true;
        try {
            //中斷標誌位
            boolean interrupted = false;
            //自旋
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                //從頭開始獲取
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return interrupted;
                }
                //獲取失敗 然後使用LockSupport#park方法阻塞當前線程
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt())
                    //可以中斷的自旋
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            //如果獲取不到 放棄獲取
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

2.unlock

    public final boolean release(int arg) {
        //嘗試釋放鎖
        if (tryRelease(arg)) {
            //頭結點
            Node h = head;
            //頭節點不爲空 
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                //解除阻塞
                unparkSuccessor(h);
            return true;
        }
        return false;
    }

嘗試釋放鎖

 protected final boolean tryRelease(int releases) {
            //state --
            int c = getState() - releases;
            //
            if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            boolean free = false;
            //鎖釋放了
            if (c == 0) {
                free = true;
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            //設置state狀態
            setState(c);
            return free;
        }

從線程隊列中取出線程然後LockSupport.unpark()解除被阻塞的線程。

    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);

        /*
         * 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.
         */
        //頭節點是null的
        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;
        }
        //下一個被喚醒的節點不爲空就喚醒它
        if (s != null)
            LockSupport.unpark(s.thread);
    }