ReetrantLock源码解析-Java8
一.ReentrantLock介绍
1.1介绍
ReentrantLock，可重入锁，首先是一个锁，独占锁，可重入（也就是当前线程获取锁后，还可以再次获取该锁）；
1.2API介绍
ReentrantLock有多个接口，这也是相对于synchronized的一个优势吧，可以灵活地对锁进行控制，而不用像synchronized（没有获得monitor则只能阻塞死等）。
// 创建reetrantLock对象，默认使用非公平锁 ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock(); // ReentantLock构造器可以接收一个参数（是否为公平锁） ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock(true); // 尝试获取锁，如果没有获取到锁，则一直等待（不响应中断） reentrantLock.lock(); // 尝试获取锁，如果没有获取到锁，则一直等待，但是可以响应中断 // reentrantLock.lockInterruptibly(); // 释放锁，如果没有获取到锁就释放锁，会抛出IllegalMonitorStateException异常 reentrantLock.unlock(); // 查看线程获取该锁的次数 reentrantLock.getHoldCount(); // 判断锁是否为公平锁 reentrantLock.isFair(); // 判断锁是否被某个线程持有 reentrantLock.isLocked(); // 判断锁是否被当前线程所持有 reentrantLock.isHeldByCurrentThread(); // 尝试获取锁，如果获取锁失败，则立即返回false，获取锁成功返回true，不会阻塞 boolean b = reentrantLock.tryLock(); // 尝试获取锁，有超时时间，可以响应中断 // reentrantLock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);
二.源码分析
2.1 类关系图
在看源码之前，需要先了解一下ReentrantLock相关的类关系：
如果看图麻烦，可以看下面的示例：
package java.util.concurrent.locks;
/**
* 极简ReetrantLock的定义
*/
public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {
/**
* 保存Sync的实例化类（公平锁或者非公平锁）
*/
private final Sync sync;
/**
* AbstractQueuedSynchronizer就是传说中的AQS（抽象类）
*/
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
// ...
}
/**
* 非公平锁
*/
static final class NonfairSync extends Sync {
}
/**
* 公平锁
*/
static final class FairSync extends Sync {
}
}
需要注意的是，AbstractQueuedSynchronizer（AQS）中有一个state属性，在ReentrantLock中该属性用来保存持有锁的线程获取该锁的次数，比如锁处于自由状态（没有被任何一个线程获取）时，state为0，如果一个线程获取到该锁，则state为1，如果该线程再获取一次该锁，那么state就变为2。
2.2 创建ReentrantLock
ReentrantLock类有两个构造方法：
1.无参构造方法（默认使用非公平锁）
2.接收boolean值，表示是否使用公平锁
/**
* 创建一个ReentrantLock对象，默认使用非公平锁
*/
public ReentrantLock() {
sync = new NonfairSync();
}
/**
* 创建一个ReetrantLock对象，传入是否使用公平锁
*/
public ReentrantLock(boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}
因为公平锁和非公平锁的差别不是特别大，大部分的流程是相同的，所以先介绍公平锁，然后在介绍非公平锁。
2.3 获取锁lock
调用reentrantLock.lock()方法，会尝试获取锁，如果获取到锁，则执行获取到锁后的操作；如果没有获取到锁，则会一直阻塞等待，并且不会响应中断。
/**
* 获得锁
* 如果锁没有被其他线程持有，那么就当前线程就获取该锁，并且将state置为1，然后返回；
* 如果当前线程已经持有该锁，那么就将state加1，然后方法返回；
* 如果锁被其他线程持有，那么当前线程就将阻塞，知道当前线程获取到该锁。
*/
public void lock() {
sync.lock(); // 调用FairSync.lock方法
}
/**
* 尝试加锁
*/
final void lock() {
// 传入的1，是想要设置state的值（如果加锁成功，就将state设为1，表示锁被该线程获取1次）
acquire(1);
}
/**
* 尝试获取锁，不接收中断
*/
public final void acquire(int state) {
// 尝试获取锁
// 如果获取锁失败，则尝试将该线程加入等待队列
if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(AbstractQueuedSynchronizer.Node.EXCLUSIVE), arg)) {
selfInterrupt();
}
}
/**
* 尝试加锁，立即返回加锁的结果，不会阻塞
*
* @return true加锁成功；false:加锁失败
*/
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
// 获取当前线程
final Thread current = Thread.currentThread();
// state为0，表示锁没有被其他线程持有（处于自由状态）
int c = getState();
if (c == 0) {
// 如果队列中没有其他线程排在当前线程前面，那么就尝试加锁，设置state为1
if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) {
// 如果加锁成功，则将当前线程设置为拥有锁的独占线程
setExclusiveOwnerThread(current);
// 返回加锁成功
return true;
}
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 判断是否为当前线程是否为拥有锁的独占线程（如果是，则重入）
// 修改state的值，设置为已加锁次数再加1
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) {
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
}
setState(nextc);
return true;
}
// 否则返回false，表示尝试加锁失败
return false;
}
2.4 加入阻塞队列-addWaiter
上面在tryAcquire尝试获取锁失败后，就会将当前线程加入阻塞队列，也就是下面这个方法：
/**
* 根据当前线程和传入的mode，创建队列节点并且入队，返回入队的节点
*
* @param mode Node.EXCLUSIVE for exclusive, Node.SHARED for shared
* @return 入队的新节点
*/
private Node addWaiter(Node mode) {
// 创建入队节点
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// 尝试快速入队（利用CAS将节点设置到tail的后面）
Node pred = tail;
if (pred != null) {
node.prev = pred;
// 将节点插到tail的后面，如果入队成功，则返回入队节点
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
// 快速入队失败，
enq(node);
return node;
}
/**
* 节点入队
* 如果是第一次入队，此时队列为空，此时不会直接入队，
* 而是会创建一个新节点入队，然后将传入的节点进行入队，并返回要入队节点的前节点
*
* @return 返回该节点的前节点
*/
private Node enq(final Node node) {
for (; ; ) {
Node t = tail;
// 队列为空，则建一个队列的新节点，然后让head指向该节点
// 注意，此时是创建一个新节点，而不是让要入队的节点加入队列
if (t == null) {
if (compareAndSetHead(new Node())) {
// 新加入一个元素，此时队列中只有一个元素，所以头尾指向同一个节点
tail = head;
}
} else {
// 队列不为空，则将要入队的节点插入到队尾，然后将入队元素的前节点返回
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
2.5 阻塞入队的线程
线程入队后，还要将线程进行阻塞，当然在阻塞前，还会再试一下能不能获取锁，如果还不能获取锁，则会再进行一次判断（判断waitStatus的值），再进行阻塞。
/**
* 将当前线程加入等待队列，或尝试获取锁，获取失败，则会判断是否需要阻塞，需要阻塞则进行阻塞
*
* @param node the node
* @param arg the acquire argument
* @return {@code true} if interrupted while waiting
*/
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
// 标记等待过程中是否发生中断
boolean interrupted = false;
for (; ; ) {
// 获取前一个节点
final Node p = node.predecessor();
// 如果前一个节点是头结点，那么就尝试获取锁
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
// 如果获取锁成功，则将节点设置为头结点，同时清空该节点的thread和pre属性
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
// 判断是否在获取锁失败后进行park，如果需要park，那么就进行park同时监听中断
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) {
interrupted = true;
}
}
} finally {
if (failed) {
cancelAcquire(node);
}
}
}
2.6唤醒线程
在调用lock()尝试获取锁的时候，有一步：
/**
* 尝试获取锁，不接收中断
*/
public final void acquire(int arg) {
// 尝试获取锁
// 如果获取锁失败，则尝试将该线程加入等待队列
if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(AbstractQueuedSynchronizer.Node.EXCLUSIVE), arg)) {
selfInterrupt();
}
}
acquireQueued上面已经看到了，就是将加入队列的元素进行阻塞（当然也可能获取到锁），获取到锁则返回true，那么就会执行selfInterrupt()，就是当前线程产生中断
static void selfInterrupt() {
Thread.currentThread().interrupt();
}
然后线程获取到锁后，就会继续执行自己的代码。
2.7 获取非公平锁
获取非公平锁，一个线程尝试获取非公平锁时，会直接上来就利用CAS尝试获取锁，如果获取到锁，则将该线程设置为锁的独占线程，否则进行和公平锁一样的排队
/**
* 线程尝试进行加锁，如果加锁失败（未获取到锁），则当前线程将阻塞
*/
final void lock() {
// 如果加锁成功，则将当前线程排除在外（等待队列）
if (compareAndSetState(0, 1)) {
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
} else {
// 获取锁，与公平锁相同
acquire(1);
}
}
2.8 非公平锁尝试获取锁
非公平锁在尝试获取锁的时候，不会判断等待队列中是否有其他线程正在等待，而是尝试使用CAS来抢占锁。如果抢占锁失败后，才会加入等待队列。
// 尝试获取非公平锁
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
/**
* 尝试获取锁（非公平锁）
*/
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
// 获取当前线程
final Thread current = Thread.currentThread();
// 获取state，如果state为0，表示锁除以自由状态
int c = getState();
if (c == 0) {
// 注意锁为空自由状态时，非公平锁并没有像公平锁一样，先判断是否有其他的排队线程（hasQueuedPredecessors）
// 而是直接尝试利用CAS获取锁
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 锁的独占线程和当前线程相同，则进行重入，增加state（此处是加1）
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) {
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
}
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
2.9 释放锁
释放锁，分为3种情况：
1.当前线程不是持有锁的线程，此时释放锁会抛出异常；
2.当前线程释放锁后，锁处于自由状态，那么需要唤醒队列中的接任者；
3.当前线程释放锁后，锁仍旧被当前线程持有（发生过重入），测试不会唤醒接任者。
/**
* 释放锁，如果锁不是由当前线程持有，则会抛出IllegalMonitorStateException异常
*/
public void unlock() {
sync.release(1);
}
public final boolean sync.release(int arg) {
// 尝试释放锁
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
// 如果锁处于自由状态，那么就唤醒阻塞的继任者线程
if (h != null && h.waitStatus != 0) {
unparkSuccessor(h);
}
return true;
}
return false;
}
/**
* 尝试释放锁，返回值表示锁是否处于自由状态
*/
protected final boolean tryRelease(int releases) {
// 计算释放锁后，state的值为多少（如果为0）表示自由状态
int c = getState() - releases;
// 如果当前线程不是持有锁的线程，则会抛出异常
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) {
throw new IllegalMonitorStateException();
}
boolean free = false;
// 如果state为0，表示所处于自由状态，将该锁的独占线程标识给清除
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
// 设置state
setState(c);
return free;
}
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