浅析ReentrantLock和AQS
2023-04-19 16:05:50
AQS的全称是AbstractQuedSynchronizer，是AQS框架的核心抽象类。Reentrantlock有三个内部类：Sync、NonfairSync、FairSync。Fairsync代表公平锁，Nonfairsync代表非公平锁，Nonfairsync和Fairsync都继承自Sync，Sync继承自AbstractQuedsynchronizer。
来自Object的AQSwait/notify，因此，首先要了解object的wait//notify。
一、synchronized-wait-notify机制wait():当前线程首先要用synchronized获取object或class的监控锁(以下简称锁)，成功获取锁后才能调用wait()。wait()此时至少要做三件事:将当前线程放入等待锁的集合，释放锁，当前线程进入阻塞状态。接到通知后，线程被唤醒，wait()继续执行，wait() 再次尝试获得锁，获得锁后才能成功退出wait() 。
notify():在实施notify()方法之前，当前线程必须先获得锁，成功获得锁，notify()方法从等待锁的集合中随机选择线程唤醒。只有当当前线程释放锁时，才能真正实现唤醒。
wait()和notify()必须使用相同的锁。
以上两个集合：等待锁释放的线程集合，等待被唤醒的线程集合。
AQS框架取代了synchronized/wait/notify，显示上述两个集合。
二、AQS结构简介要理解AQS框架，我们必须理解代码逻辑。这里简要介绍一下类似的结构。
AbstractQuedsynchronizer有四个关键实例变量：
① private volatile int state：代表当前线程进入锁的重入数。
② private transient Thread exclusiveOwnerThread：继承Abstractownablesynchronizer，代表当前获得锁的线程。
③ private transient volatile Node head：同步队列的头节点
④ private transient volatile Node tail：尾节点同步队列
Conditionobject是AbstractQuedsynchronizer的内部类别，定义了条件队列和等待通知机制。
Node也是AbstractQuedsynchronizer的内部类别，代表同步队列和条件队列的节点。Node有前驱引用和后驱引用，所以同步队列和条件队列都是双向链表。Node有一个与通知机制有关的重要实例变量waitstatus。
三、Reentrantlock加锁主流程1、公平锁:第一行直接获得锁，state从0变为1，不构建同步队列。exclusiveownerthread被赋值为第一行引用，state被赋值为1。如果第二个线程第一次锁定失败，将构建同步队列。队列有两个节点。第一个是虚拟节点代表锁定线程，第二个节点包装第二个线程。如果第二次锁失败，第一个线程(前一个队列节点)waitstatus将被放置为-1，这意味着第一个线程释放锁后需要通知并唤醒后续节点，然后进入blocking状态。如果第三个线程锁定失败，new将Node节点包装的第三个线程加入同步队列，将前一个节点的waitstatus放置为-1。
2、非公平锁：无论同步队列如何，都要先尝试直接获得锁。只有当获得失败时，才会加入同步队列。后续过程与公平锁相同。
四、Reentrantlock解锁主流程公平锁和非公平锁的过程是一样的。它们都是同步队列的第一个节点，并唤醒第二个节点加锁。如果取消第二个节点，则转换为从尾部找到堵塞的节点。
五、Conditionawait()主流程await()首先判断当前线程是否占用了锁，然后才能继续占用锁。然后new有一个新的Node例子，包装当前线程，waitstatus的值变成Node。.CONDITONAL，在条件队列的尾部加入这个例子。然后释放锁，然后调用LockSupport。.park()进入堵塞状态。
在当前线程释放锁之前，当前线程必须是同步队列的第一个节点。释放锁后，当前线程从同步队列中排队。
被唤醒后，再次尝试获得锁。获得锁后退出await()方法。
六、Conditionsignal()主流程signal()首先判断当前线程是否占用锁，然后才能继续占用锁。然后将条件队列第一节点的waitstatus放置为0，然后从条件队列中排队。出队后的节点不会被垃圾回收，而是加入同步队列的尾部，将同步队列倒数第二节点的waitstatus放置为-1，然后使用locksupport.unpark()唤醒以团队节点为代表的线程。
上述分析忽略了响应中断的过程。欢迎讨论、质疑和纠正。
