Java读源码之ReentrantLock（2）
前言
本文是 ReentrantLock 源码的第二篇，第一篇主要介绍了公平锁非公平锁正常的加锁解锁流程，虽然表达能力有限不知道有没有讲清楚，本着不太监的原则，本文填补下第一篇中挖的坑。
源码分析
感知中断锁
如果我们希望检测到中断后能立刻抛出异常就用 lockInterruptibly 方法去加锁，还是建议用 lock 方法，自定义中断处理，更灵活一点。
- ReentrantLock#lockInterruptibly
我们只需要把 ReentrantLock#lock 改成 ReentrantLock#lockInterruptibly 方法就可以获得内部检测中断的锁了
public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
sync.acquireInterruptibly(1);
}
- AbstractQueuedSynchronizer#acquireInterruptibly
主要流程和前文介绍的类似
public final void acquireInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
// 一上来就检查下中断，中断直接异常，就没必要抢锁排队了
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (!tryAcquire(arg))
doAcquireInterruptibly(arg);
}
- AbstractQueuedSynchronizer#doAcquireInterruptibly
和正常加锁唯一区别就是这个方法，但是定睛一看是不是似曾相识？最大区别就是把中断标识给去掉了，检测到中断直接抛异常
private void doAcquireInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
// 大神也偷懒了，因为这个方法，只有独占锁且检查中断这一个应用场景，把节点入队的步骤也揉了进来
final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
// 当线程拿到锁苏醒过来，发现自己挂起过程被中断了，直接抛出异常
throw new InterruptedException();
}
} finally {
// 只要发生了中断异常，就会进取消加锁方法
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
- AbstractQueuedSynchronizer#cancelAcquire
此方法很有东西，只保证该节点失效，然后延迟移出等待队列
private void cancelAcquire(Node node) {
if (node == null)
return;
// 把节点里登记等待的线程去掉，完成这一步此节点已经没有作用了
node.thread = null;
// 下面的三步其实可以放到一个CAS中，直接设置 CANCELLED 状态 ，拿前一个节点，predNext 也必然是自己，但是吞吐量就下来了
// 这里大神，没有这样做也是出于了性能考虑，因为我们已经把等待线程设置成 null 了，所以此节点已经没有任何意义，没有必要去保证节点第一时间被释放，只要设置好 CANCELLED 状态
// 就算后面 CAS 调整等待队列失败了，下次取消操作也会帮着回收。相应地代码复杂度提高了。
/* ----------------------------------------- */
// 找到自己前面第一个没取消的节点，
Node pred = node.prev;
while (pred.waitStatus > 0)
node.prev = pred = pred.prev;
// 主要是为了下面把链表接上
Node predNext = pred.next;
// 这里逻辑上把当前节点的状态设置成取消，便于检测释放
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
/* ----------------------------------------- */
// 如果当前节点是尾节点，就把前一个没取消的节点设成新尾巴
if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
// 把新尾巴的 next 设置成空
compareAndSetNext(pred, predNext, null);
} else {
// 进到这里说明当前节点肯定不是尾节点了
int ws;
// 条件1: 如果前一个非取消节点不是头，也就是还需要排队
// 条件2: 如果前一个节点为 SIGNAL，也就是说后面肯定还有线程等待被唤醒
// 条件3: 如果前一个节点也取消了，说明前一个节点也取消了，还没来得及设置状态
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)
// 当前节点后一个没取消的话，就接到前一个正常的节点后面
compareAndSetNext(pred, predNext, next);
} else {
// 前一篇文章解锁部分讲过，会把下一个节点中的线程恢复，然后把后继节点接上
unparkSuccessor(node);
}
// 有点花里胡哨，直接 = null不行么，
node.next = node; // help GC
}
}
来张图说明下，假如我们目前等待队列里有7个线程：
等待条件锁
上篇文章看源码过程中，AQS中有个 CONDITION 状态没有研究
static final int CONDITION = -2;
ReentrantLock 中的 newCondition 等 Condition 相关方法正是基于 AQS 中的实现的，让我们先大致了解一波作用和用法
Condition简介
Condition 类似于 Object 中的 wait 和 notify ，主要用于线程间通信，最大的优势是 Object 的 wait 是把线程放到当前对象的等待池中，也就是说一个对象只能有一个等待条件，而 Condition 可以支持多个等待条件，举个例子，商品要等至少三个人预定了才开始发售，第一个预定的减500，第二三两个减100。正式发售之后恢复原价。
public class ReentrantLockConditionDemo {
private final ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock();
private final Condition wait1 = reentrantLock.newCondition();
private final Condition wait2 = reentrantLock.newCondition();
private int wait1Count = 0;
private int wait2Count = 0;
public void buy() {
int price = 999;
reentrantLock.lock();
try {
while (wait1Count++ < 1) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "减500");
wait1.await();
price -= 500;
}
wait1.signal();
while (wait2Count++ < 2) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "减100");
wait2.await();
price -= 100;
}
wait2.signal();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "到手价" + price);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
reentrantLock.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
ReentrantLockConditionDemo reentrantLockConditionDemo = new ReentrantLockConditionDemo();
IntStream.rangeClosed(0, 4)
.forEach(num -> executorService
.execute(reentrantLockConditionDemo::buy)
);
}
/**
* 输出：
*
* pool-1-thread-1减500
* pool-1-thread-2减100
* pool-1-thread-3减100
* pool-1-thread-4到手价999
* pool-1-thread-5到手价999
* pool-1-thread-1到手价499
* pool-1-thread-2到手价899
* pool-1-thread-3到手价899
*/
}
- ReentrantLock#newCondition
先来看条件的创建，需要基于锁对象使用 newCondition 去创建
public Condition newCondition() {
return sync.newCondition();
}
final ConditionObject newCondition() {
// ConditionObject 是 AQS 中对 Condition 的实现
return new ConditionObject();
}
ConditionObject结构
上一篇文章中介绍了 Node 结构，这里条件也使用了这个节点定义了一个单链表，统称为条件队列，上一篇介绍统称同步队列。条件队列结构相当简单就不单独画图了。
// 条件队列头
private transient Node firstWaiter;
// 条件队列尾
private transient Node lastWaiter;
// 因为默认感知中断，需要考虑如何处理
// 退出条件队列时重新设置中断位
private static final int REINTERRUPT = 1;
// 退出条件队列时直接抛异常
private static final int THROW_IE = -1;
条件队列入队
- AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject#await
public final void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
// 到条件队列中排队，下文详解
Node node = addConditionWaiter();
// 此方法比较简单，就是调用前一篇讲过的 release 方法释放锁（调用 await 时必定是锁的持有者）
// savedState 是进入条件队列前，持有锁的数量
// 失败会直接抛出异常，并且最终把节点状态设置为 CANCELLED
int savedState = fullyRelease(node);
int interruptMode = 0;
// 判断在不在同步队列（当调用signal之后会从条件队列移到同步队列），此判断很简单：节点状态是 CONDITION 肯定 false，否则就到同步队列中去找
while (!isOnSyncQueue(node)) {
// 挂起
LockSupport.park(this);
// 检查是不是因为中断被唤醒的，下文详解
if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break;
}
// 上一篇介绍过acquireQueued自旋抢锁，如果抢到锁了，并且中断模式不是 -1（默认0），就记录中断模式为1，表示需要重新设置中断
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT;
// 清除条件队列中取消的节点
if (node.nextWaiter != null)
// 下文详解，在addConditionWaiter方法中也有用到
unlinkCancelledWaiters();
// 处理中断
if (interruptMode != 0)
// 1：再次中断 -1:抛出异常
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}
- AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject#addConditionWaiter
加入条件队列
private Node addConditionWaiter() {
Node t = lastWaiter;
// 如果条件队列最后一个节点取消了，就清理
if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
unlinkCancelledWaiters();
t = lastWaiter;
}
// 新建一个 waitStatus = -2 的节点
Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
// 下面是简单的单链表操作，之前同步队列入队用的 CAS 操作，因为会有很多线程去抢锁，而线程进入条件队列一定是拿到锁了，不满足条件了，所以不存在并发问题
if (t == null)
firstWaiter = node;
else
t.nextWaiter = node;
lastWaiter = node;
return node;
}
- AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject#unlinkCancelledWaiters
private void unlinkCancelledWaiters() {
Node t = firstWaiter;
// 辅助变量，用于接尾巴，trail始终等于循环中当前节点t的上一个不是取消状态的节点
Node trail = null;
while (t != null) {
Node next = t.nextWaiter;
// 判断当前节点有没有取消
if (t.waitStatus != Node.CONDITION) {
// 断当前节点链
t.nextWaiter = null;
// trail == null 说明目前条件队列里面全取消了
if (trail == null)
// 头节点指向第一个没取消的节点
firstWaiter = next;
else
// trail 是 t 的前一个节点，也就是踢出了 t
trail.nextWaiter = next;
// 如果最后一个节点取消了，那需要改一下尾指针
if (next == null)
lastWaiter = trail;
}
else
trail = t;
t = next;
}
}
- AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject#checkInterruptWhileWaiting
上文 await 方法中，线程一旦唤醒会先检查中断
private int checkInterruptWhileWaiting(Node node) {
// 没中断，返回0，中断了需要放回同步队列
return Thread.interrupted() ?
(transferAfterCancelledWait(node) ? THROW_IE : REINTERRUPT) :
0;
}
- AbstractQueuedSynchronizer#transferAfterCancelledWait
// 如果
final boolean transferAfterCancelledWait(Node node) {
// 把因为中断醒来的节点，设置状态为全新的节点，从条件队列放入同步队列
if (compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) {
enq(node);
return true;
}
// 上面改状态为什么要 CAS ? 如果中断唤醒的同时被 signal 唤醒了，在 signal 入队成功之前让出cpu，但是不释放锁
while (!isOnSyncQueue(node))
Thread.yield();
return false;
}
条件队列出队
单个唤醒和唤醒所以掉的方法类似，看一个单个唤醒流程就可
- AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject#signal
public final void signal() {
// 如果持有锁的线程不是当前线程就抛异常，也就是只有获得锁的线程可以执行唤醒操作
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
Node first = firstWaiter;
// 通知条件队列中的第一个节点，也就是等的最久的节点
if (first != null)
doSignal(first);
}
- AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject#doSignal
private void doSignal(Node first) {
do {
// 把 first 断链
if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
lastWaiter = null;
first.nextWaiter = null;
// 如果转移到同步队列失败了，并且还有条件队列不为空就唤醒下一个
} while (!transferForSignal(first) &&
(first = firstWaiter) != null);
}
- AbstractQueuedSynchronizer#transferForSignal
final boolean transferForSignal(Node node) {
// 如果节点取消了，转移失败
if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
return false;
// 这里的 p 是 node 在同步队列里的前驱节点
Node p = enq(node);
int ws = p.waitStatus;
// 看过上一篇文章应该有映像，只要是进同步队列，都需要把前一个节点状态设为 -1
if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
// 如果取消了，或者状态设置失败，唤醒后继续挂起
LockSupport.unpark(node.thread);
return true;
}
最后按照惯例结合上面的案例，画张图总结下：
