獨占鎖， 即一次允許一個線程進入臨界區(qū)。
加鎖流程
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
這里首先調(diào)用tryAcquire直接去嘗試獲取鎖， 成功就返回了。
如果失敗， 這時候調(diào)用addWaiter將自己加入到等待隊列，然后調(diào)用acquireQueued開始自旋或者阻塞等待加鎖成功， acquireQueued返回false時表示加鎖成功直接返回， 返回true時表示被設(shè)置中斷標(biāo)記了， 那么調(diào)用selfInterrupt中斷自己。
tryAcquire
這是具體鎖需要實現(xiàn)的方法， 一般是使用CAS增加同步變量， 成功者表示獲得鎖， 返回true, 下面是ReentrantLock的實現(xiàn)：
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
//這里處理重入的情況
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
加入同步等待隊列
同步等待隊列是一個CLH隊列的變體，所以加入隊列的方式很簡單，使用CAS設(shè)置tail指向自己，代碼如下：
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) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
enq(node);
return node;
}
首先根據(jù)模式和當(dāng)前線程創(chuàng)建一個Node對象，如果tail不為空，那么做一次快速設(shè)置的嘗試：將node.prev指向隊列尾， 然后使用CAS設(shè)置tail指向node，設(shè)置成功的話，將原隊列尾的節(jié)點的next指向node，插入成功直接返回。如果設(shè)置tail失敗，那么進入enq函數(shù)。
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { // Must initialize
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
如果tail指向空，表示隊列是空的，這時候需要初始化下隊列（創(chuàng)建一個空的Node），然后把tail指向head。
如果tail不為空，和上面的樣嘗試插入，不成功循環(huán)繼續(xù)， 直到插入成功為止。
自旋或者阻塞等待
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
加入同步等待隊列以后，線程就可以進入等待狀態(tài)了， 當(dāng)前節(jié)點是循環(huán)讀取前驅(qū)節(jié)點的狀態(tài)來處理的：
- 前驅(qū)節(jié)點是head， 那么就嘗試去獲取鎖， 獲取成功的話，就出隊列（將自己設(shè)置為head），返回中斷狀態(tài)；
- 如果前驅(qū)節(jié)點不是head， 或者是加鎖失敗了， 調(diào)用shouldParkAfterFailedAcquire檢查是否應(yīng)該阻塞自己：
2.1 如果需要阻塞，就調(diào)用parkAndCheckInterrupt阻塞自己，這時候線程暫停了，再次恢復(fù)時，是被其他線程喚醒了自己，這時候需要檢查下線程的中斷狀態(tài)，如果是已經(jīng)中斷，那么設(shè)置返回結(jié)果為true， 在獲取到鎖返回后， 線程會調(diào)用selfInterrupt中斷自己。
2.2 如果不需要阻塞，那么就繼續(xù)循環(huán)。 - 流程處理失?。ū热鐠伋霎惓＃?需要調(diào)用cancelAcquire，取消節(jié)點加鎖請求。
檢查是否應(yīng)該阻塞自己
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL)
return true;
if (ws > 0) {
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}
是否應(yīng)該阻塞自己是根據(jù)前驅(qū)節(jié)點的狀態(tài)判斷的：
- 前驅(qū)節(jié)點狀態(tài)是SIGNAL, 那么本節(jié)點需要阻塞， 返回true；
- 前驅(qū)節(jié)點狀態(tài)>0（只有CANCEL狀態(tài)），說明前驅(qū)節(jié)點被取消了， 這時候往前搜索，找到一個非取消節(jié)點，把當(dāng)前節(jié)點鏈接上去，返回false表明不需要阻塞自己；
- 前驅(qū)節(jié)點的狀態(tài)是0或者PROPAGATE，嘗試設(shè)置前驅(qū)狀態(tài)為SIGNAL, 返回false表明不需要阻塞自己；
阻塞自己
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();
}
解鎖流程
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
調(diào)用tryRelease嘗試釋放自己， 如果成功的話，判斷自己的狀態(tài)，不為0（說明可能是CANCEL，SIGNAL或者PROPAGATE）時調(diào)用unparkSuccessor喚醒后繼線程。
tryRelease
這是具體獨占鎖需要實現(xiàn)的方法，一般而言是把加上去的同步變量值減回來， 釋放成功（同步變量值為0）時，返回true。 下面是ReentrantLock的實現(xiàn)：
protected final boolean tryRelease(int releases) {
int c = getState() - releases;
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
setState(c);
return free;
}
喚醒后繼者
private void unparkSuccessor(Node node) {
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
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;
}
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread);
}
- 如果節(jié)點的狀態(tài)是SIGNAL、PROPAGATE， 那么將自己設(shè)置為0 。
- 檢查后繼節(jié)占是否為null或者是取消狀態(tài)，如果是的話， 找到非取消的后繼節(jié)點（因為node.next為null并不表示真的沒有后繼節(jié)點，需要使用tail從后往前遍歷一次）。
- 如果有非取消的后繼節(jié)點，對非取消狀態(tài)的后繼節(jié)點調(diào)用LockSupport.unpark喚醒線程， 后繼節(jié)點被喚醒后，會檢查前驅(qū)的狀態(tài)進行處理。
取消流程
private void cancelAcquire(Node node) {
if (node == null)
return;
node.thread = null;
Node pred = node.prev;
while (pred.waitStatus > 0)
node.prev = pred = pred.prev;
Node predNext = pred.next;
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
compareAndSetNext(pred, predNext, null);
} else {
// If successor needs signal, try to set pred's next-link
// so it will get one. Otherwise wake it up to propagate.
int ws;
if (pred != head &&
((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL ||
(ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&
pred.thread != null) {
Node next = node.next;
if (next != null && next.waitStatus <= 0)
compareAndSetNext(pred, predNext, next);
} else {
unparkSuccessor(node);
}
node.next = node; // help GC
}
}
- 清空節(jié)點的thread ；
- 循環(huán)往前找到非取消節(jié)點，pred指向非取消節(jié)點；
- 使predNext指向pred的下個節(jié)點（這個節(jié)點一定是取消節(jié)點）；
- 設(shè)置當(dāng)前節(jié)點狀態(tài)為CANCELLED， 接下來其他線程的操作都會跳過本節(jié)點；
- 如果當(dāng)前節(jié)點是尾節(jié)點， 那么直接設(shè)置pred為尾節(jié)點；
- 如果pred是頭節(jié)點了， 那么直接調(diào)用unparkSuccessor喚醒本節(jié)點的后繼節(jié)點；
- 如果pred節(jié)點非頭節(jié)點，狀態(tài)為SIGNAL狀態(tài)（或者非取消狀態(tài)下設(shè)置狀態(tài)為SIGNAL成功），thread不為空，本節(jié)點的后繼是非取消狀態(tài)，這些條件下使用CAS設(shè)置pred節(jié)點的后繼為當(dāng)前節(jié)點的后繼。
