這是程序員 cxuan 的第三期分享
前言
談到并發(fā)，我們不得不說AQS(AbstractQueuedSynchronizer)，所謂的AQS即是抽象的隊(duì)列式的同步器，內(nèi)部定義了很多鎖相關(guān)的方法，我們熟知的ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、CountDownLatch、Semaphore等都是基于AQS來實(shí)現(xiàn)的。
我們先看下AQS相關(guān)的UML圖：
思維導(dǎo)圖（高清無損 AV 畫質(zhì)導(dǎo)圖關(guān)注@不要熬夜寫代碼回復(fù) 導(dǎo)圖 獲取）
1AQS實(shí)現(xiàn)原理
AQS中 維護(hù)了一個(gè)volatile int state（代表共享資源）和一個(gè)FIFO線程等待隊(duì)列（多線程爭用資源被阻塞時(shí)會(huì)進(jìn)入此隊(duì)列）。
這里volatile能夠保證多線程下的可見性，當(dāng)state=1則代表當(dāng)前對象鎖已經(jīng)被占有，其他線程來加鎖時(shí)則會(huì)失敗，加鎖失敗的線程會(huì)被放入一個(gè)FIFO的等待隊(duì)列中，比列會(huì)被UNSAFE.park()操作掛起，等待其他獲取鎖的線程釋放鎖才能夠被喚醒。
另外state的操作都是通過CAS來保證其并發(fā)修改的安全性。
具體原理我們可以用一張圖來簡單概括：
AQS 中提供了很多關(guān)于鎖的實(shí)現(xiàn)方法，
getState()：獲取鎖的標(biāo)志state值setState()：設(shè)置鎖的標(biāo)志state值tryAcquire(int)：獨(dú)占方式獲取鎖。嘗試獲取資源，成功則返回true，失敗則返回false。tryRelease(int)：獨(dú)占方式釋放鎖。嘗試釋放資源，成功則返回true，失敗則返回false。這里還有一些方法并沒有列出來，接下來我們以ReentrantLock作為突破點(diǎn)通過源碼和畫圖的形式一步步了解AQS內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原理。
2目錄結(jié)構(gòu)
文章準(zhǔn)備模擬多線程競爭鎖、釋放鎖的場景來進(jìn)行分析AQS源碼：
三個(gè)線程(線程一、線程二、線程三)同時(shí)來加鎖/釋放鎖
目錄如下：
線程一加鎖成功時(shí)AQS內(nèi)部實(shí)現(xiàn)線程二/三加鎖失敗時(shí)AQS中等待隊(duì)列的數(shù)據(jù)模型線程一釋放鎖及線程二獲取鎖實(shí)現(xiàn)原理通過線程場景來講解公平鎖具體實(shí)現(xiàn)原理通過線程場景來講解Condition中await()和signal()實(shí)現(xiàn)原理這里會(huì)通過畫圖來分析每個(gè)線程加鎖、釋放鎖后AQS內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)原理
3場景分析
線程一加鎖成功如果同時(shí)有三個(gè)線程并發(fā)搶占鎖，此時(shí)線程一搶占鎖成功，線程二和線程三搶占鎖失敗，具體執(zhí)行流程如下：
此時(shí)AQS內(nèi)部數(shù)據(jù)為：
線程二、線程三加鎖失敗：
有圖可以看出，等待隊(duì)列中的節(jié)點(diǎn)Node是一個(gè)雙向鏈表，這里SIGNAL是Node中waitStatus屬性，Node中還有一個(gè)nextWaiter屬性，這個(gè)并未在圖中畫出來，這個(gè)到后面Condition會(huì)具體講解的。
具體看下?lián)屨兼i代碼實(shí)現(xiàn)：
java.util.concurrent.locks.ReentrantLock .NonfairSync:
staticfinalclassNonfairSyncextendsSync{
finalvoidlock(){
if(compareAndSetState(0,1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
protectedfinalbooleantryAcquire(intacquires){
returnnonfairTryAcquire(acquires);
}
}這里使用的ReentrantLock非公平鎖，線程進(jìn)來直接利用CAS嘗試搶占鎖，如果搶占成功state值回被改為1，且設(shè)置對象獨(dú)占鎖線程為當(dāng)前線程。如下所示：
protectedfinalbooleancompareAndSetState(intexpect,intupdate){
returnunsafe.compareAndSwapInt(this,stateOffset,expect,update);
}
protectedfinalvoidsetExclusiveOwnerThread(Threadthread){
exclusiveOwnerThread=thread;
}我們按照真實(shí)場景來分析，線程一搶占鎖成功后，state變?yōu)?，線程二通過CAS修改state變量必然會(huì)失敗。此時(shí)AQS中FIFO(First In First Out 先進(jìn)先出)隊(duì)列中數(shù)據(jù)如圖所示：
我們將線程二執(zhí)行的邏輯一步步拆解來看：
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquire():
publicfinalvoidacquire(intarg){
if(!tryAcquire(arg)&&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE),arg))
selfInterrupt();
}先看看tryAcquire()的具體實(shí)現(xiàn)：java.util.concurrent.locks.ReentrantLock .nonfairTryAcquire():
finalbooleannonfairTryAcquire(intacquires){
finalThreadcurrent=Thread.currentThread();
intc=getState();
if(c==0){
if(compareAndSetState(0,acquires)){
setExclusiveOwnerThread(current);
returntrue;
}
}
elseif(current==getExclusiveOwnerThread()){
intnextc=c+acquires;
if(nextc<0)
thrownewError("Maximumlockcountexceeded");
setState(nextc);
returntrue;
}
returnfalse;
}nonfairTryAcquire()方法中首先會(huì)獲取state的值，如果不為0則說明當(dāng)前對象的鎖已經(jīng)被其他線程所占有，接著判斷占有鎖的線程是否為當(dāng)前線程，如果是則累加state值，這就是可重入鎖的具體實(shí)現(xiàn)，累加state值，釋放鎖的時(shí)候也要依次遞減state值。
如果state為0，則執(zhí)行CAS操作，嘗試更新state值為1，如果更新成功則代表當(dāng)前線程加鎖成功。
以線程二為例，因?yàn)?strong>線程一已經(jīng)將state修改為1，所以線程二通過CAS修改state的值不會(huì)成功。加鎖失敗。
線程二執(zhí)行tryAcquire()后會(huì)返回false，接著執(zhí)行addWaiter(Node.EXCLUSIVE)邏輯，將自己加入到一個(gè)FIFO等待隊(duì)列中，代碼實(shí)現(xiàn)如下：
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.addWaiter():
privateNodeaddWaiter(Nodemode){
Nodenode=newNode(Thread.currentThread(),mode);
Nodepred=tail;
if(pred!=null){
node.prev=pred;
if(compareAndSetTail(pred,node)){
pred.next=node;
returnnode;
}
}
enq(node);
returnnode;
}這段代碼首先會(huì)創(chuàng)建一個(gè)和當(dāng)前線程綁定的Node節(jié)點(diǎn)，Node為雙向鏈表。此時(shí)等待對內(nèi)中的tail指針為空，直接調(diào)用enq(node)方法將當(dāng)前線程加入等待隊(duì)列尾部：
privateNodeenq(finalNodenode){
for(;;){
Nodet=tail;
if(t==null){
if(compareAndSetHead(newNode()))
tail=head;
}else{
node.prev=t;
if(compareAndSetTail(t,node)){
t.next=node;
returnt;
}
}
}
}第一遍循環(huán)時(shí)tail指針為空，進(jìn)入if邏輯，使用CAS操作設(shè)置head指針，將head指向一個(gè)新創(chuàng)建的Node節(jié)點(diǎn)。此時(shí)AQS中數(shù)據(jù)：
執(zhí)行完成之后，head、tail、t都指向第一個(gè)Node元素。
接著執(zhí)行第二遍循環(huán)，進(jìn)入else邏輯，此時(shí)已經(jīng)有了head節(jié)點(diǎn)，這里要操作的就是將線程二對應(yīng)的Node節(jié)點(diǎn)掛到head節(jié)點(diǎn)后面。此時(shí)隊(duì)列中就有了兩個(gè)Node節(jié)點(diǎn)：
addWaiter()方法執(zhí)行完后，會(huì)返回當(dāng)前線程創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)信息。繼續(xù)往后執(zhí)行acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)邏輯，此時(shí)傳入的參數(shù)為線程二對應(yīng)的Node節(jié)點(diǎn)信息：
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireQueued():
finalbooleanacquireQueued(finalNodenode,intarg){
booleanfailed=true;
try{
booleaninterrupted=false;
for(;;){
finalNodep=node.predecessor();
if(p==head&&tryAcquire(arg)){
setHead(node);
p.next=null;//helpGC
failed=false;
returninterrupted;
}
if(shouldParkAfterFailedAcquire(p,node)&&
parkAndChecknIterrupt())
interrupted=true;
}
}finally{
if(failed)
cancelAcquire(node);
}
}
privatestaticbooleanshouldParkAfterFailedAcquire(Nodepred,Nodenode){
intws=pred.waitStatus;
if(ws==Node.SIGNAL)
returntrue;
if(ws>0){
do{
node.prev=pred=pred.prev;
}while(pred.waitStatus>0);
pred.next=node;
}else{
compareAndSetWaitStatus(pred,ws,Node.SIGNAL);
}
returnfalse;
}
privatefinalbooleanparkAndCheckInterrupt(){
LockSupport.park(this);
returnThread.interrupted();
}acquireQueued()這個(gè)方法會(huì)先判斷當(dāng)前傳入的Node對應(yīng)的前置節(jié)點(diǎn)是否為head，如果是則嘗試加鎖。加鎖成功過則將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)設(shè)置為head節(jié)點(diǎn)，然后空置之前的head節(jié)點(diǎn)，方便后續(xù)被垃圾回收掉。
如果加鎖失敗或者Node的前置節(jié)點(diǎn)不是head節(jié)點(diǎn)，就會(huì)通過shouldParkAfterFailedAcquire方法 將head節(jié)點(diǎn)的waitStatus變?yōu)榱薙IGNAL=-1，最后執(zhí)行parkAndChecknIterrupt方法，調(diào)用LockSupport.park()掛起當(dāng)前線程。
此時(shí)AQS中的數(shù)據(jù)如下圖：
此時(shí)線程二就靜靜的待在AQS的等待隊(duì)列里面了，等著其他線程釋放鎖來喚醒它。
線程三搶占鎖失敗看完了線程二搶占鎖失敗的分析，那么再來分析線程三搶占鎖失敗就很簡單了，先看看addWaiter(Node mode)方法：
privateNodeaddWaiter(Nodemode){
Nodenode=newNode(Thread.currentThread(),mode);
Nodepred=tail;
if(pred!=null){
node.prev=pred;
if(compareAndSetTail(pred,node)){
pred.next=node;
returnnode;
}
}
enq(node);
returnnode;
}此時(shí)等待隊(duì)列的tail節(jié)點(diǎn)指向線程二，進(jìn)入if邏輯后，通過CAS指令將tail節(jié)點(diǎn)重新指向線程三。接著線程三調(diào)用enq()方法執(zhí)行入隊(duì)操作，和上面線程二執(zhí)行方式是一致的，入隊(duì)后會(huì)修改線程二對應(yīng)的Node中的waitStatus=SIGNAL。最后線程三也會(huì)被掛起。此時(shí)等待隊(duì)列的數(shù)據(jù)如圖：
現(xiàn)在來分析下釋放鎖的過程，首先是線程一釋放鎖，釋放鎖后會(huì)喚醒head節(jié)點(diǎn)的后置節(jié)點(diǎn)，也就是我們現(xiàn)在的線程二，具體操作流程如下：
執(zhí)行完后等待隊(duì)列數(shù)據(jù)如下：
此時(shí)線程二已經(jīng)被喚醒，繼續(xù)嘗試獲取鎖，如果獲取鎖失敗，則會(huì)繼續(xù)被掛起。如果獲取鎖成功，則AQS中數(shù)據(jù)如圖：
接著還是一步步拆解來看，先看看線程一釋放鎖的代碼：
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.release()
publicfinalbooleanrelease(intarg){
if(tryRelease(arg)){
Nodeh=head;
if(h!=null&&h.waitStatus!=0)
unparkSuccessor(h);
returntrue;
}
returnfalse;
}這里首先會(huì)執(zhí)行tryRelease()方法，這個(gè)方法具體實(shí)現(xiàn)在ReentrantLock中，如果tryRelease執(zhí)行成功，則繼續(xù)判斷head節(jié)點(diǎn)的waitStatus是否為0，前面我們已經(jīng)看到過，head的waitStatue為SIGNAL(-1)，這里就會(huì)執(zhí)行unparkSuccessor()方法來喚醒head的后置節(jié)點(diǎn)，也就是我們上面圖中線程二對應(yīng)的Node節(jié)點(diǎn)。
此時(shí)看ReentrantLock.tryRelease()中的具體實(shí)現(xiàn)：
protectedfinalbooleantryRelease(intreleases){
intc=getState()-releases;
if(Thread.currentThread()!=getExclusiveOwnerThread())
thrownewIllegalMonitorStateException();
booleanfree=false;
if(c==0){
free=true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
setState(c);
returnfree;
}執(zhí)行完ReentrantLock.tryRelease()后，state被設(shè)置成0，Lock對象的獨(dú)占鎖被設(shè)置為null。此時(shí)看下AQS中的數(shù)據(jù)：
接著執(zhí)行java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.unparkSuccessor()方法，喚醒head的后置節(jié)點(diǎn)：
privatevoidunparkSuccessor(Nodenode){
intws=node.waitStatus;
if(ws<0)
compareAndSetWaitStatus(node,ws,0);
Nodes=node.next;
if(s==null||s.waitStatus>0){
s=null;
for(Nodet=tail;t!=null&&t!=node;t=t.prev)
if(t.waitStatus<=0)
s=t;
}
if(s!=null)
LockSupport.unpark(s.thread);
}這里主要是將head節(jié)點(diǎn)的waitStatus設(shè)置為0，然后解除head節(jié)點(diǎn)next的指向，使head節(jié)點(diǎn)空置，等待著被垃圾回收。
此時(shí)重新將head指針指向線程二對應(yīng)的Node節(jié)點(diǎn)，且使用LockSupport.unpark方法來喚醒線程二。
被喚醒的線程二會(huì)接著嘗試獲取鎖，用CAS指令修改state數(shù)據(jù)。執(zhí)行完成后可以查看AQS中數(shù)據(jù)：
此時(shí)線程二被喚醒，線程二接著之前被park的地方繼續(xù)執(zhí)行，繼續(xù)執(zhí)行acquireQueued()方法。
線程二喚醒繼續(xù)加鎖finalbooleanacquireQueued(finalNodenode,intarg){
booleanfailed=true;
try{
booleaninterrupted=false;
for(;;){
finalNodep=node.predecessor();
if(p==head&&tryAcquire(arg)){
setHead(node);
p.next=null;//helpGC
failed=false;
returninterrupted;
}
if(shouldParkAfterFailedAcquire(p,node)&&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted=true;
}
}finally{
if(failed)
cancelAcquire(node);
}
}此時(shí)線程二被喚醒，繼續(xù)執(zhí)行for循環(huán)，判斷線程二的前置節(jié)點(diǎn)是否為head，如果是則繼續(xù)使用tryAcquire()方法來嘗試獲取鎖，其實(shí)就是使用CAS操作來修改state值，如果修改成功則代表獲取鎖成功。接著將線程二設(shè)置為head節(jié)點(diǎn)，然后空置之前的head節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，被空置的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)等著被垃圾回收。
此時(shí)線程三獲取鎖成功，AQS中隊(duì)列數(shù)據(jù)如下：
等待隊(duì)列中的數(shù)據(jù)都等待著被垃圾回收。
線程二釋放鎖/線程三加鎖當(dāng)線程二釋放鎖時(shí)，會(huì)喚醒被掛起的線程三，流程和上面大致相同，被喚醒的線程三會(huì)再次嘗試加鎖，具體代碼可以參考上面內(nèi)容。具體流程圖如下：
此時(shí)AQS中隊(duì)列數(shù)據(jù)如圖：
4 公平鎖實(shí)現(xiàn)原理
上面所有的加鎖場景都是基于非公平鎖來實(shí)現(xiàn)的，非公平鎖是ReentrantLock的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，那我們接著來看一下公平鎖的實(shí)現(xiàn)原理，這里先用一張圖來解釋公平鎖和非公平鎖的區(qū)別：
非公平鎖執(zhí)行流程：
這里我們還是用之前的線程模型來舉例子，當(dāng)線程二釋放鎖的時(shí)候，喚醒被掛起的線程三，線程三執(zhí)行tryAcquire()方法使用CAS操作來嘗試修改state值，如果此時(shí)又來了一個(gè)線程四也來執(zhí)行加鎖操作，同樣會(huì)執(zhí)行tryAcquire()方法。
這種情況就會(huì)出現(xiàn)競爭，線程四如果獲取鎖成功，線程三仍然需要待在等待隊(duì)列中被掛起。這就是所謂的非公平鎖，線程三辛辛苦苦排隊(duì)等到自己獲取鎖，卻眼巴巴的看到線程四插隊(duì)獲取到了鎖。
公平鎖執(zhí)行流程：
公平鎖在加鎖的時(shí)候，會(huì)先判斷AQS等待隊(duì)列中是存在節(jié)點(diǎn)，如果存在節(jié)點(diǎn)則會(huì)直接入隊(duì)等待，具體代碼如下.
公平鎖在獲取鎖是也是首先會(huì)執(zhí)行acquire()方法，只不過公平鎖單獨(dú)實(shí)現(xiàn)了tryAcquire()方法：
#java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquire():
publicfinalvoidacquire(intarg){
if(!tryAcquire(arg)&&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE),arg))
selfInterrupt();
}這里會(huì)執(zhí)行ReentrantLock中公平鎖的tryAcquire()方法
#java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.FairSync.tryAcquire():
staticfinalclassFairSyncextendsSync{
protectedfinalbooleantryAcquire(intacquires){
finalThreadcurrent=Thread.currentThread();
intc=getState();
if(c==0){
if(!hasQueuedPredecessors()&&
compareAndSetState(0,acquires)){
setExclusiveOwnerThread(current);
returntrue;
}
}
elseif(current==getExclusiveOwnerThread()){
intnextc=c+acquires;
if(nextc<0)
thrownewError("Maximumlockcountexceeded");
setState(nextc);
returntrue;
}
returnfalse;
}
}這里會(huì)先判斷state值，如果不為0且獲取鎖的線程不是當(dāng)前線程，直接返回false代表獲取鎖失敗，被加入等待隊(duì)列。如果是當(dāng)前線程則可重入獲取鎖。
如果state=0則代表此時(shí)沒有線程持有鎖，執(zhí)行hasQueuedPredecessors()判斷AQS等待隊(duì)列中是否有元素存在，如果存在其他等待線程，那么自己也會(huì)加入到等待隊(duì)列尾部，做到真正的先來后到，有序加鎖。具體代碼如下：
#java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.hasQueuedPredecessors():
publicfinalbooleanhasQueuedPredecessors(){
Nodet=tail;
Nodeh=head;
Nodes;
returnh!=t&&
((s=h.next)==null||s.thread!=Thread.currentThread());
}這段代碼很有意思，返回false代表隊(duì)列中沒有節(jié)點(diǎn)或者僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)是當(dāng)前線程創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)。返回true則代表隊(duì)列中存在等待節(jié)點(diǎn)，當(dāng)前線程需要入隊(duì)等待。
先判斷head是否等于tail，如果隊(duì)列中只有一個(gè)Node節(jié)點(diǎn)，那么head會(huì)等于tail，接著判斷head的后置節(jié)點(diǎn)，這里肯定會(huì)是null，如果此Node節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的線程和當(dāng)前的線程是同一個(gè)線程，那么則會(huì)返回false，代表沒有等待節(jié)點(diǎn)或者等待節(jié)點(diǎn)就是當(dāng)前線程創(chuàng)建的Node節(jié)點(diǎn)。此時(shí)當(dāng)前線程會(huì)嘗試獲取鎖。
如果head和tail不相等，說明隊(duì)列中有等待線程創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)，此時(shí)直接返回true，如果只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，而此節(jié)點(diǎn)的線程和當(dāng)前線程不一致，也會(huì)返回true
非公平鎖和公平鎖的區(qū)別：非公平鎖性能高于公平鎖性能。非公平鎖可以減少CPU喚醒線程的開銷，整體的吞吐效率會(huì)高點(diǎn)，CPU也不必取喚醒所有線程，會(huì)減少喚起線程的數(shù)量
非公平鎖性能雖然優(yōu)于公平鎖，但是會(huì)存在導(dǎo)致線程饑餓的情況。在最壞的情況下，可能存在某個(gè)線程一直獲取不到鎖。不過相比性能而言，饑餓問題可以暫時(shí)忽略，這可能就是ReentrantLock默認(rèn)創(chuàng)建非公平鎖的原因之一了。
5 Condition實(shí)現(xiàn)原理
Condition 簡介
上面已經(jīng)介紹了AQS所提供的核心功能，當(dāng)然它還有很多其他的特性，這里我們來繼續(xù)說下Condition這個(gè)組件。
Condition是在java 1.5中才出現(xiàn)的，它用來替代傳統(tǒng)的Object的wait()、notify()實(shí)現(xiàn)線程間的協(xié)作，相比使用Object的wait()、notify()，使用Condition中的await()、signal()這種方式實(shí)現(xiàn)線程間協(xié)作更加安全和高效。因此通常來說比較推薦使用Condition
其中AbstractQueueSynchronizer中實(shí)現(xiàn)了Condition中的方法，主要對外提供awaite(Object.wait())和signal(Object.notify())調(diào)用。
Condition Demo示例使用示例代碼：
/**
*ReentrantLock實(shí)現(xiàn)源碼學(xué)習(xí)
*@author一枝花算不算浪漫
*@date2020/4/287:20
*/
publicclassReentrantLockDemo{
staticReentrantLocklock=newReentrantLock();
publicstaticvoidmain(String[]args){
Conditioncondition=lock.newCondition();
newThread(()->{
lock.lock();
try{
System.out.println("線程一加鎖成功");
System.out.println("線程一執(zhí)行await被掛起");
condition.await();
System.out.println("線程一被喚醒成功");
}catch(Exceptione){
e.printStackTrace();
}finally{
lock.unlock();
System.out.println("線程一釋放鎖成功");
}
}).start();
newThread(()->{
lock.lock();
try{
System.out.println("線程二加鎖成功");
condition.signal();
System.out.println("線程二喚醒線程一");
}finally{
lock.unlock();
System.out.println("線程二釋放鎖成功");
}
}).start();
}
}執(zhí)行結(jié)果如下圖：
這里線程一先獲取鎖，然后使用await()方法掛起當(dāng)前線程并釋放鎖，線程二獲取鎖后使用signal喚醒線程一。
Condition實(shí)現(xiàn)原理圖解我們還是用上面的demo作為實(shí)例，執(zhí)行的流程如下：
線程一執(zhí)行await()方法：
先看下具體的代碼實(shí)現(xiàn)，#java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.ConditionObject.await()：
publicfinalvoidawait()throwsInterruptedException{
if(Thread.interrupted())
thrownewInterruptedException();
Nodenode=addConditionWaiter();
intsavedState=fullyRelease(node);
intinterruptMode=0;
while(!isOnSyncQueue(node)){
LockSupport.park(this);
if((interruptMode=checkInterruptWhileWaiting(node))!=0)
break;
}
if(acquireQueued(node,savedState)&&interruptMode!=THROW_IE)
interruptMode=REINTERRUPT;
if(node.nextWaiter!=null)//cleanupifcancelled
unlinkCancelledWaiters();
if(interruptMode!=0)
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}await()方法中首先調(diào)用addConditionWaiter()將當(dāng)前線程加入到Condition隊(duì)列中。
執(zhí)行完后我們可以看下Condition隊(duì)列中的數(shù)據(jù)：
具體實(shí)現(xiàn)代碼為：
privateNodeaddConditionWaiter(){
Nodet=lastWaiter;
if(t!=null&&t.waitStatus!=Node.CONDITION){
unlinkCancelledWaiters();
t=lastWaiter;
}
Nodenode=newNode(Thread.currentThread(),Node.CONDITION);
if(t==null)
firstWaiter=node;
else
t.nextWaiter=node;
lastWaiter=node;
returnnode;
}這里會(huì)用當(dāng)前線程創(chuàng)建一個(gè)Node節(jié)點(diǎn)，waitStatus為CONDITION。接著會(huì)釋放該節(jié)點(diǎn)的鎖，調(diào)用之前解析過的release()方法，釋放鎖后此時(shí)會(huì)喚醒被掛起的線程二，線程二會(huì)繼續(xù)嘗試獲取鎖。
接著調(diào)用isOnSyncQueue()方法判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是否為Condition隊(duì)列中的頭部節(jié)點(diǎn)，如果是則調(diào)用LockSupport.park(this)掛起Condition中當(dāng)前線程。此時(shí)線程一被掛起，線程二獲取鎖成功。
具體流程如下圖：
線程二執(zhí)行signal()方法：
首先我們考慮下線程二已經(jīng)獲取到鎖，此時(shí)AQS等待隊(duì)列中已經(jīng)沒有了數(shù)據(jù)。
接著就來看看線程二喚醒線程一的具體執(zhí)行流程：
publicfinalvoidsignal(){
if(!isHeldExclusively())
thrownewIllegalMonitorStateException();
Nodefirst=firstWaiter;
if(first!=null)
doSignal(first);
}先判斷當(dāng)前線程是否為獲取鎖的線程，如果不是則直接拋出異常。接著調(diào)用doSignal()方法來喚醒線程。
privatevoiddoSignal(Nodefirst){
do{
if((firstWaiter=first.nextWaiter)==null)
lastWaiter=null;
first.nextWaiter=null;
}while(!transferForSignal(first)&&
(first=firstWaiter)!=null);
}
finalbooleantransferForSignal(Nodenode){
if(!compareAndSetWaitStatus(node,Node.CONDITION,0))
returnfalse;
Nodep=enq(node);
intws=p.waitStatus;
if(ws>0||!compareAndSetWaitStatus(p,ws,Node.SIGNAL))
LockSupport.unpark(node.thread);
returntrue;
}
/**
*Insertsnodeintoqueue,initializingifnecessary.Seepictureabove.
*@paramnodethenodetoinsert
*@returnnode'spredecessor
*/
privateNodeenq(finalNodenode){
for(;;){
Nodet=tail;
if(t==null){//Mustinitialize
if(compareAndSetHead(newNode()))
tail=head;
}else{
node.prev=t;
if(compareAndSetTail(t,node)){
t.next=node;
returnt;
}
}
}
}這里先從transferForSignal()方法來看，通過上面的分析我們知道Condition隊(duì)列中只有線程一創(chuàng)建的一個(gè)Node節(jié)點(diǎn)，且waitStatue為CONDITION，先通過CAS修改當(dāng)前節(jié)點(diǎn)waitStatus為0，然后執(zhí)行enq()方法將當(dāng)前線程加入到等待隊(duì)列中，并返回當(dāng)前線程的前置節(jié)點(diǎn)。
加入等待隊(duì)列的代碼在上面也已經(jīng)分析過，此時(shí)等待隊(duì)列中數(shù)據(jù)如下圖：
接著開始通過CAS修改當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的前置節(jié)點(diǎn)waitStatus為SIGNAL，并且喚醒當(dāng)前線程。此時(shí)AQS中等待隊(duì)列數(shù)據(jù)為：
線程一被喚醒后，繼續(xù)執(zhí)行await()方法中的 while 循環(huán)。
publicfinalvoidawait()throwsInterruptedException{
if(Thread.interrupted())
thrownewInterruptedException();
Nodenode=addConditionWaiter();
intsavedState=fullyRelease(node);
intinterruptMode=0;
while(!isOnSyncQueue(node)){
LockSupport.park(this);
if((interruptMode=checkInterruptWhileWaiting(node))!=0)
break;
}
if(acquireQueued(node,savedState)&&interruptMode!=THROW_IE)
interruptMode=REINTERRUPT;
if(node.nextWaiter!=null)//cleanupifcancelled
unlinkCancelledWaiters();
if(interruptMode!=0)
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}因?yàn)榇藭r(shí)線程一的waitStatus已經(jīng)被修改為0，所以執(zhí)行isOnSyncQueue()方法會(huì)返回false。跳出while循環(huán)。
接著執(zhí)行acquireQueued()方法，這里之前也有講過，嘗試重新獲取鎖，如果獲取鎖失敗繼續(xù)會(huì)被掛起。直到另外線程釋放鎖才被喚醒。
finalbooleanacquireQueued(finalNodenode,intarg){
booleanfailed=true;
try{
booleaninterrupted=false;
for(;;){
finalNodep=node.predecessor();
if(p==head&&tryAcquire(arg)){
setHead(node);
p.next=null;//helpGC
failed=false;
returninterrupted;
}
if(shouldParkAfterFailedAcquire(p,node)&&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted=true;
}
}finally{
if(failed)
cancelAcquire(node);
}
}此時(shí)線程一的流程都已經(jīng)分析完了，等線程二釋放鎖后，線程一會(huì)繼續(xù)重試獲取鎖，流程到此終結(jié)。
Condition總結(jié)我們總結(jié)下 Condition 和 wait/notify 的比較：
Condition 可以精準(zhǔn)的對多個(gè)不同條件進(jìn)行控制，wait/notify 只能和 synchronized 關(guān)鍵字一起使用，并且只能喚醒一個(gè)或者全部的等待隊(duì)列；Condition 需要使用 Lock 進(jìn)行控制，使用的時(shí)候要注意 lock() 后及時(shí)的 unlock()，Condition 有類似于 await 的機(jī)制，因此不會(huì)產(chǎn)生加鎖方式而產(chǎn)生的死鎖出現(xiàn)，同時(shí)底層實(shí)現(xiàn)的是 park/unpark 的機(jī)制，因此也不會(huì)產(chǎn)生先喚醒再掛起的死鎖，一句話就是不會(huì)產(chǎn)生死鎖，但是 wait/notify 會(huì)產(chǎn)生先喚醒再掛起的死鎖。6 總結(jié)
這里用了一步一圖的方式結(jié)合三個(gè)線程依次加鎖/釋放鎖來展示了ReentrantLock的實(shí)現(xiàn)方式和實(shí)現(xiàn)原理，而ReentrantLock底層就是基于AQS實(shí)現(xiàn)的，所以我們也對AQS有了深刻的理解。
另外還介紹了公平鎖與非公平鎖的實(shí)現(xiàn)原理，Condition的實(shí)現(xiàn)原理，基本上都是使用源碼+繪圖的講解方式，盡量讓大家更容易去理解。
轉(zhuǎn)載于：https://mp.weixin.qq.com/s/-NWlh9RhBrnwJl1h4_ld4g
作者：Java建設(shè)者
