本文主要是介绍深入理解AQS独占锁之ReentrantLock源码分析，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
传送门：JUC并发工具类的应用场景详解
上一章我们讲解了ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier等同步工具类的应用场景及实现，本章我们重点讲解ReentrantLock源码分析。
目录
管程 — Java同步的设计思想
MESA模型
AQS原理分析
什么是AQS
AQS核心结构
AQS定义两种队列
ReentrantLock源码分析
源码阅读过程中要关注的问题
结合源码分析流程图理解ReentrantLock的实现
管程 — Java同步的设计思想
管程：指的是管理共享变量以及对共享变量的操作过程，让他们支持并发。
互斥：同一时刻只允许一个线程访问共享资源；
同步：线程之间如何通信、协作。
MESA模型
在管程的发展史上，先后出现过三种不同的管程模型，分别是Hasen模型、Hoare模型和MESA模型。现在正在广泛使用的是MESA模型。
管程中引入了条件变量的概念，而且每个条件变量都对应有一个等待队列。条件变量和等待队列的作用是解决线程之间的同步问题。
Java中针对管程有两种实现
- 一种是基于Object的Monitor机制，用于synchronized内置锁的实现
- 一种是抽象队列同步器AQS，用于JUC包下Lock锁机制的实现
AQS原理分析
什么是AQS
java.util.concurrent包中的大多数同步器实现都是围绕着共同的基础行为，比如等待队列、条件队列、独占获取、共享获取等，而这些行为的抽象就是基于AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS）实现的，AQS是一个抽象同步框架，可以用来实现一个依赖状态的同步器。
JDK中提供的大多数的同步器如Lock, Latch, Barrier等，都是基于AQS框架来实现的
- 一般是通过一个内部类Sync继承 AQS
- 将同步器所有调用都映射到Sync对应的方法
AQS具备的特性：
- 阻塞等待队列
- 共享/独占
- 公平/非公平
- 可重入
- 允许中断
AQS核心结构
AQS内部维护属性volatile int state
- state表示资源的可用状态
State三种访问方式：
- getState()
- setState()
- compareAndSetState()
定义了两种资源访问方式：
- Exclusive-独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock
- Share-共享，多个线程可以同时执行，如Semaphore/CountDownLatch
AQS实现时主要实现以下几种方法：
- isHeldExclusively()：该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
- tryAcquire(int)：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
- tryRelease(int)：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
- tryAcquireShared(int)：共享方式。尝试获取资源。负数表示失败；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
- tryReleaseShared(int)：共享方式。尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false。
AQS定义两种队列
- 同步等待队列： 主要用于维护获取锁失败时入队的线程。
- 条件等待队列： 调用await()的时候会释放锁，然后线程会加入到条件队列，调用signal()唤醒的时候会把条件队列中的线程节点移动到同步队列中，等待再次获得锁。
AQS 定义了5个队列中节点状态：
- 值为0，初始化状态，表示当前节点在sync队列中，等待着获取锁。
- CANCELLED，值为1，表示当前的线程被取消；
- SIGNAL，值为-1，表示当前节点的后继节点包含的线程需要运行，也就是unpark；
- CONDITION，值为-2，表示当前节点在等待condition，也就是在condition队列中；
- PROPAGATE，值为-3，表示当前场景下后续的acquireShared能够得以执行；
同步等待队列
AQS当中的同步等待队列也称CLH队列，CLH队列是Craig、Landin、Hagersten三人发明的一种基于双向链表数据结构的队列，是FIFO先进先出线程等待队列，Java中的CLH队列是原CLH队列的一个变种,线程由原自旋机制改为阻塞机制。
AQS 依赖CLH同步队列来完成同步状态的管理：
- 当前线程如果获取同步状态失败时，AQS则会将当前线程已经等待状态等信息构造成一个节点（Node）并将其加入到CLH同步队列，同时会阻塞当前线程
- 当同步状态释放时，会把首节点唤醒（公平锁），使其再次尝试获取同步状态。
- 通过signal或signalAll将条件队列中的节点转移到同步队列。（由条件队列转化为同步队列）
条件等待队列
AQS中条件队列是使用单向列表保存的，用nextWaiter来连接:
- 调用await方法阻塞线程；
- 当前线程存在于同步队列的头结点，调用await方法进行阻塞（从同步队列转化到条件队列）
ReentrantLock源码分析
ReentrantLock是一种基于AQS框架的应用实现，是JDK中的一种线程并发访问的同步手段，它的功能类似于synchronized是一种互斥锁，可以保证线程安全。
ReentrantLock基本使用方式
public class ReentrantLockTest {private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// ...public void doSomething() {lock.lock(); // block until condition holdstry {// ... method body} finally {lock.unlock();}}
}源码阅读过程中要关注的问题
1.公平和非公平锁，可重入锁是如何实现的
2.设计的精髓：并发场景下入队和出队操作是如何设计的
- 线程竞争锁失败入队阻塞逻辑实现
- 释放锁的线程唤醒阻塞线程出队竞争锁的逻辑实现
结合源码分析流程图理解ReentrantLock的实现
- 当线程1进入时，通过cas操作，首先将state状态更新为1，然后判断独占，将exclusiveOwnerThread置为线程1.
- 此时又来了线程2，通过cas操作时发现state=1，加锁失败，需要进行入队并且阻塞。首先判断是否有队列，没有队列时创建一个节点，thread为null，waitState为0，该节点既是head节点，又是tail节点。然后再创建一个结点，thread置为线程2，waitState为0，并将tail标志移到该节点。将head节点的next指针指向tail节点，tail节点的prev指针指向head节点（双向链表）。
- 在线程2阻塞前，将head节点state置为-1，用于之后线程2唤醒准备工作。并通过LockSupport.park(this)将线程2阻塞。
- 当此时又来了线程3，同第2步一样，通过cas操作时发现state=1，加锁失败，需要进行入队并且阻塞。发现有队列时，创建节点，thread置为线程3，waitState为0，并将tail标志移到该节点。将上一个节点（线程2）的next指针指向tail节点，tail节点的prev指针指向线程2节点。
- 同步骤3一样，在线程3阻塞前，将线程2节点state置为-1，用于之后线程3唤醒准备工作。并通过LockSupport.park(this)将线程3阻塞。
- 此时线程1完成并通过cas释放锁，将state状态置为0，exclusiveOwnerThread置为null。并为线程2出队做准备工作，将head节点waitState置为0.
- 此时线程2通过cas操作加锁成功，将state置为1，并将exclusiveOwnerThread置为线程2.然后线程2出队，将原来的线程2节点中，thread置为null，prev指针置为null，head节点的next指针也置为null，此时原来的线程2节点成为head节点。而原来的线程2节点没有任何引用会被GC回收。
注意：因为ReentranLock默认为非公平锁，因此在线程2通过cas加锁的同时，如果有新的线程进来时，会与线程2抢占锁。
这篇关于深入理解AQS独占锁之ReentrantLock源码分析的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
