非公平锁实现原理+源码解读-阿里云开发者社区

非公平锁实现原理

加锁解锁流程

先从构造器开始看，默认为非公平锁实现

1. public ReentrantLock() {
2.     sync = new NonfairSync();
3. }

NonfairSync 继承自 AQS

没有竞争时

第一个竞争出现时

Thread-1 执行了

1. CAS 尝试将 state 由 0 改为 1，结果失败

2. 进入 tryAcquire 逻辑，这时 state 已经是1，结果仍然失败

3. 接下来进入 addWaiter 逻辑，构造 Node 队列

图中黄色三角表示该 Node 的 waitStatus 状态，其中 0 为默认正常状态
Node 的创建是懒惰的
其中第一个 Node 称为 Dummy（哑元）或哨兵，用来占位，并不关联线程

当前线程进入 acquireQueued 逻辑

1. acquireQueued 会在一个死循环中不断尝试获得锁，失败后进入 park 阻塞
2. 如果自己是紧邻着 head（排第二位），那么再次 tryAcquire 尝试获取锁，当然这时 state 仍为 1，失败
3. 进入 shouldParkAfterFailedAcquire 逻辑，将前驱 node，即 head 的 waitStatus 改为 -1，这次返回 false

4. shouldParkAfterFailedAcquire 执行完毕回到 acquireQueued ，再次 tryAcquire 尝试获取锁，当然这时 state 仍为 1，失败
5. 当再次进入 shouldParkAfterFailedAcquire 时，这时因为其前驱 node 的 waitStatus 已经是 -1，这次返回 true 6. 进入 parkAndCheckInterrupt， Thread-1 park（灰色表示）

再次有多个线程经历上述过程竞争失败，变成这个样子

当前队列不为 null，并且 head 的 waitStatus = -1，进入 unparkSuccessor 流程找到队列中离 head 最近的一个 Node（没取消的），unpark 恢复其运行，本例中即为 Thread-1

回到 Thread-1 的 acquireQueued 流程

如果加锁成功（没有竞争），会设置

exclusiveOwnerThread 为 Thread-1，state = 1
head 指向刚刚 Thread-1 所在的 Node，该 Node 清空 Thread
原本的 head 因为从链表断开，而可被垃圾回收

如果这时候有其它线程来竞争（非公平的体现），例如这时有 Thread-4 来了

如果不巧又被 Thread-4 占了先

Thread-4 被设置为 exclusiveOwnerThread，state = 1

Thread-1 再次进入 acquireQueued 流程，获取锁失败，重新进入 park 阻塞

加锁源码

1. // Sync 继承自 AQS
2. 
3. static final class NonfairSync extends Sync {
4. private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;
5. 
6. // 加锁实现
7. final void lock() {
8. // 首先用 cas 尝试（仅尝试一次）将 state 从 0 改为 1, 如果成功表示获得了独占锁
9. 
10. if (compareAndSetState(0, 1))
11.                 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
12. else
13. // 如果尝试失败，进入 ㈠
14.                 acquire(1);
15.         }
16. // ㈠ AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
17. public final void acquire(int arg) {
18. // ㈡ tryAcquire
19. if (!tryAcquire(arg) &&
20. // 当 tryAcquire 返回为 false 时, 先调用 addWaiter ㈣, 接着 acquireQueued ㈤
21.                             acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)
22.             ) {
23.                 selfInterrupt();
24.             }
25.         }
26. 
27. // ㈡ 进入 ㈢
28. protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
29. return nonfairTryAcquire(acquires);
30.         }
31. 
32. // ㈢ Sync 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
33. final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
34. final Thread current = Thread.currentThread();
35. int c = getState();
36. // 如果还没有获得锁
37. 
38. if (c == 0) {
39. // 尝试用 cas 获得, 这里体现了非公平性: 不去检查 AQS 队列
40. 
41. if (compareAndSetState(0, acquires)) {
42.                     setExclusiveOwnerThread(current);
43. return true;
44.                 }
45.             }
46. // 如果已经获得了锁, 线程还是当前线程, 表示发生了锁重入
47. 
48. else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
49. // state++
50. 
51. int nextc = c + acquires;
52. if (nextc < 0) // overflow
53. 
54. throw new Error("Maximum lock count exceeded");
55.                 setState(nextc);
56. return true;
57.             }
58. // 获取失败, 回到调用处
59. 
60. return false;
61.         }
62. 
63. // ㈣ AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
64. 
65. private Node addWaiter(Node mode) {
66. // 将当前线程关联到一个 Node 对象上, 模式为独占模式
67. 
68. Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
69. // 如果 tail 不为 null, cas 尝试将 Node 对象加入 AQS 队列尾部
70. 
71. Node pred = tail;
72. if (pred != null) {
73.                 node.prev = pred;
74. if (compareAndSetTail(pred, node)) {
75. // 双向链表
76. 
77.                     pred.next = node;
78. return node;
79.                 }
80.             }
81. // 尝试将 Node 加入 AQS, 进入 ㈥
82. 
83.             enq(node);
84. return node;
85.         }
86. 
87. // ㈥ AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
88. 
89. private Node enq(final Node node) {
90. for (; ; ) {
91. Node t = tail;
92. if (t == null) {
93. // 还没有, 设置 head 为哨兵节点（不对应线程，状态为 0）
94. 
95. if (compareAndSetHead(new Node())) {
96.                         tail = head;
97.                     }
98.                 } else {
99. // cas 尝试将 Node 对象加入 AQS 队列尾部
100. 
101.                     node.prev = t;
102. if (compareAndSetTail(t, node)) {
103.                         t.next = node;
104. return t;
105.                     }
106.                 }
107.             }
108.         }
109. 
110. // ㈤ AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
111. 
112. final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
113. boolean failed = true;
114. try {
115. boolean interrupted = false;
116. for (; ; ) {
117. final Node p = node.predecessor();
118. // 上一个节点是 head, 表示轮到自己（当前线程对应的 node）了, 尝试获取
119. 
120. if (p == head && tryAcquire(arg)) {
121. // 获取成功, 设置自己（当前线程对应的 node）为 head
122. 
123.                         setHead(node);
124. // 上一个节点 help GC
125. 
126.                         p.next = null;
127.                         failed = false;
128. // 返回中断标记 false
129. 
130. return interrupted;
131.                     }
132. if (
133. // 判断是否应当 park, 进入 ㈦
134. 
135.                             shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
136. 
137. // park 等待, 此时 Node 的状态被置为 Node.SIGNAL ㈧
138. 
139.                                     parkAndCheckInterrupt()
140.                     ) {
141.                         interrupted = true;
142.                     }
143.                 }
144.             } finally {
145. if (failed)
146.                     cancelAcquire(node);
147.             }
148.         }
149. 
150. // ㈦ AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
151. private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
152. // 获取上一个节点的状态
153. int ws = pred.waitStatus;
154. if (ws == Node.SIGNAL) {
155. // 上一个节点都在阻塞, 那么自己也阻塞好了
156. return true;
157.             }
158. // > 0 表示取消状态
159. if (ws > 0) {
160. // 上一个节点取消, 那么重构删除前面所有取消的节点, 返回到外层循环重试
161. do {
162.                     node.prev = pred = pred.prev;
163.                 } while (pred.waitStatus > 0);
164.                 pred.next = node;
165.             } else {
166. // 这次还没有阻塞
167. // 但下次如果重试不成功, 则需要阻塞，这时需要设置上一个节点状态为 Node.SIGNAL
168.                 compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
169.             }
170. return false;
171.         }
172. 
173. // ㈧ 阻塞当前线程
174. private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
175.             LockSupport.park(this);
176. return Thread.interrupted();
177.         }
178.     }

注意是否需要 unpark 是由当前节点的前驱节点的 waitStatus == Node.SIGNAL 来决定，而不是本节点的 waitStatus 决定

解锁源码

1. // Sync 继承自 AQS
2. 
3. static final class NonfairSync extends Sync {
4. // 解锁实现
5. public void unlock() {
6.             sync.release(1);
7.         }
8. 
9. // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
10. public final boolean release(int arg) {
11. // 尝试释放锁, 进入 ㈠
12. if (tryRelease(arg)) {
13. // 队列头节点 unpark
14. Node h = head;
15. if (
16. // 队列不为 null
17.                         h != null &&
18. // waitStatus == Node.SIGNAL 才需要 unpark
19.                                 h.waitStatus != 0
20.                 ) {
21. // unpark AQS 中等待的线程, 进入 ㈡
22. 
23.                     unparkSuccessor(h);
24.                 }
25. return true;
26.             }
27. return false;
28.         }
29. 
30. // ㈠ Sync 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
31. 
32. protected final boolean tryRelease(int releases) {
33. // state--
34. int c = getState() - releases;
35. if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
36. throw new IllegalMonitorStateException();
37. boolean free = false;
38. // 支持锁重入, 只有 state 减为 0, 才释放成功
39. 
40. if (c == 0) {
41.                 free = true;
42.                 setExclusiveOwnerThread(null);
43.             }
44.             setState(c);
45. return free;
46.         }
47. 
48. // ㈡ AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
49. 
50. private void unparkSuccessor(Node node) {
51. // 如果状态为 Node.SIGNAL 尝试重置状态为 0
52. // 不成功也可以
53. int ws = node.waitStatus;
54. if (ws < 0) {
55.                 compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
56.             }
57. // 找到需要 unpark 的节点, 但本节点从 AQS 队列中脱离, 是由唤醒节点完成的
58. Node s = node.next;
59. // 不考虑已取消的节点, 从 AQS 队列从后至前找到队列最前面需要 unpark 的节点
60. if (s == null || s.waitStatus > 0) {
61.                 s = null;
62. for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
63. if (t.waitStatus <= 0)
64.                         s = t;
65.             }
66. if (s != null)
67.                 LockSupport.unpark(s.thread);
68.         }
69.     }

非公平锁实现原理+源码解读