AQS实现原理
AQS实现原理
AQS中维护了一个volatile int state（共享资源）和一个CLH队列。当state=1时代表当前对象锁已经被占用，其他线程来加锁时则会失败，失败的线程被放入一个FIFO的等待队列中，然后会被UNSAFE.park()操作挂起，等待已经获得锁的线程释放锁才能被唤醒。
我们拿具体场景来分析，假设同时有三个线程并发抢占锁，此时线程一抢占成功，线程二、三抢占失败，具体流程如下：
此时AQS内部数据结构为：
上图可以看到等待队列中的节点Node是一个双向链表，这里SIGNAL是Node中waitStatus属性。
以非公平锁看下具体实现：
java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.NonfairSync：
static final class NonfairSync extends Sync {
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
}
线程进来直接利用CAS尝试抢占锁，如果抢占成功state值会被修改为1，且设置对象独占锁线程为当前线程。
线程抢占实现
线程二抢占失败，执行acquire(1)方法。
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquire()：
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
tryAcquire是AbstractQueuedSynchronizer的方法，未提供对应实现，由子类实现：
java.util.concurrent.locks.ReentrantLock .nonfairTryAcquire()：
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()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
nonfairTryAcquire()方法中首先会获取state的值，如果不为0则说明当前对象的锁已经被其他线程占有，接着判断占有锁的线程是否为当前线程，如果是则累加state值，这里其实就是可重入锁的具体实现。如果state为0，则执行CAS操作，尝试更新state值为1，如果更新成功则代表当前线程加锁成功。
当前线程二执行tryAcquire()后返回false，接着执行addWaiter(Node.EXCLUSIVE)逻辑，将自己加入到一个FIFO等待队列中，代码实现如下：
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.addWaiter()：
private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
Node pred = tail;
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
enq(node);
return node;
}
此时队列中tail指针为空，直接调用enq(node)方法将当前线程加入等待队列尾部：
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) {
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
第一次循环时tail为空，创建一个哨兵节点，head指向这个哨兵节点；第二次循环，将线程二对应的node节点挂载到head节点后面并返回当前线程创建的节点信息。继续往后执行acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)逻辑，此时传入的参数为线程二对应的node节点信息。
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireQueued()：
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) &&
parkAndChecknIterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
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;
}
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();
}
acquireQueued()会先判断当前传入的Node对应的前置节点是否为head，如果是则尝试加锁。加锁成功则将当前节点设置为head节点，然后删除之前的head节点。
如果加锁失败或者Node的前置节点不是head节点，就会通过shouldParkAfterFailedAcquire方法将head节点的waitStatus变成SIGNAL=-1，最后执行parkAndChecknIterrupt方法，调用LockSupport.park()挂起当前线程。此时线程二需要等待其他线程释放锁来唤醒。
线程释放实现
线程一执行完后释放锁，具体代码如下：
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.release()：
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
先执行tryRelease方法，如果执行成功，则继续判断head节点的waitStatus是否为0，这个值为SIGNAL=-1不为0，继续执行unparkSuccessor()方法唤醒head的后置节点。
ReentrantLock.tryRelease()：
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;
}
执行完ReentrantLock.tryRelease()后，state被设置为0，Lock对象的独占锁被设置为null。
接着执行java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.unparkSuccessor()方法，唤醒head的后置节点：
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);
}
这里主要是将head节点的waitStatus设置为0，然后解除head节点next的指向，使head几点空置，等待被垃圾回收。
此时重新将head指针指向线程二对应的Node节点，且使用LockSupport.unpark方法来唤醒线程二。被唤醒的线程会接着尝试获取锁，用CAS指令修改state数据。执行完成后AQS中的数据结构如下：
