独占锁和共享锁底层原理分析

　　独占锁模式
　　前面说到，ReentrantLock锁就是基于独占锁实现的，独占锁的加锁和解锁操作都是通过互斥方式实现的。
　　加锁流程
　　在AQS中，是通过acquire（）方法来加锁的，源码如下：publicfinalvoidacquire（intarg）｛if（！tryAcquire（arg）acquireQueued（addWaiter（Node。EXCLUSIVE），arg））selfInterrupt（）；｝复制代码
　　首先映入眼帘的是tryAcquire（arg）方法，翻译过来是尝试获取锁的意思，由于是用连接，只有tryAcquire（arg）方法失败时才会往下执行，当tryAcquire（arg）方法成功返回true时表示获取资源成功，对于tryAcquire（arg）方法，里面没有实现具体的东西，只是抛出了一个异常，具体逻辑是由AQS的子类实现的：protectedbooleantryAcquire（intarg）｛thrownewUnsupportedOperationException（）；｝复制代码
　　当tryAcquire（arg）返回为false时，会往后执行addWaiter（Node。EXCLUSIVE）方法，将当前线程封装成独占模式并添加到AQS的等待队列尾部，如果当tryAcquire（arg）返回true，则会直接让当前的线程继续执行，不需要添加到等待队列尾部，点入addWaiter（Nodemode）方法，会看到如下源码：privateNodeaddWaiter（Nodemode）｛这个可以参考上面Node的构造方法Node（Threadthread，Nodemode）｛UsedbyaddWaiterthis。nextWthis。｝构造新的等待线程节点NodenodenewNode（Thread。currentThread（），mode）；新建临时节点pred指向尾节点N队列不为空的话，通过CAS机制将node放到队列尾部if（pred！null）｛将node的prev域指向尾节点node。通过CAS机制将node放到队列尾部if（compareAndSetTail（pred，node））｛将原来尾节点的next域指向当前node节点，node现在为尾节点pred。形成双向链表｝｝如果队列为空的话enq（node）；｝复制代码
　　在多线程并发情况下，如果有多个线程同时争夺尾节点的位置，会调用enq（node）方法，使用CAS自旋机制挂到双向链表的尾部，下面是源码：privateNodeenq（finalNodenode）｛死循环（自旋）for（；；）｛N尾节点为null，说明头结点也为null，可能是还没有创建队列的时候if（tnull）｛多线程并发情况下，利用CAS机制创建头结点和尾节点，CAS保证此时只有一个头节点被创建，下次自旋时，就会满足队列不为空的条件if（compareAndSetHead（newNode（）））｝else｛如果存在尾节点，将当前节点的prev域指向尾节点node。利用CAS机制完成双向链表的绑定，让之前尾节点指向当前node节点if（compareAndSetTail（t，node））｛t。｝｝｝｝复制代码
　　接下来看一看compareAndSetTail方法使用CAS乐观锁机制的方法源码：privatefinalbooleancompareAndSetTail（Nodeexpect，Nodeupdate）｛returnunsafe。compareAndSwapObject（this，tailOffset，expect，update）；｝复制代码
　　上述代码讨论到，使用tryAcquire（intarg）方法返回false时，再使用addWaiter（Nodemode）方法，将当前线程放入到队列的尾部。acquireQueued（finalNodenode，intarg）方法，等待休息直到其他线程唤醒finalbooleanacquireQueued（finalNodenode，intarg）｛拿到资源失败情况置为true，表示没有拿到资源try｛用于判断线程是否中断过，默认没有中断过for（；；）｛获取node的前置节点finalNodepnode。predecessor（）；如果当前节点的前驱节点是头结点，并且当前节点尝试成功获取了资源if（pheadtryAcquire（arg））｛就将当前节点设为头结点setHead（node）；释放之前的头结点，利于垃圾回收p。helpGC表示获取资源成功返回线程是否被中断过｝获取资源失败后线程等待，并检查是否被中断过if（shouldParkAfterFailedAcquire（p，node）parkAndCheckInterrupt（））线程是否被中断过｝｝finally｛if（failed）cancelAcquire（node）；｝｝复制代码
　　如果当前的前驱节点表示头结点，并且获取资源成功，那么直接将当前线程设为头结点，释放之前头结点与后继节点的链接，帮助垃圾回收（GC），如果前面当前节点的前驱不为头结点或者没有获取到资源，那么会调用shouldParkAfterFailedAcquire（Nodepred，Nodenode）方法来判断当前线程是否能够进入waiting状态，如果可以进入，并且进入到了阻塞状态，那会阻塞，直到调用了LockSupport中的unpark（）方法唤醒线程。privatestaticbooleanshouldParkAfterFailedAcquire（Nodepred，Nodenode）｛保存前驱节点的状态提示：当waitState0时，表示该线程处于取消状态（线程中断或者等待锁超时），需要移除线程；当waitState0时，默认值，表示初始化状态，表示线程还未完成初始化操作；当waitState0，表示有效状态，线程处于可唤醒状态。intwspred。waitS等待唤醒后置节点，SIGNAL为1if（wsNode。SIGNAL）如果前置节点不是正常的等待状态（CANCELLED结束状态），那么从当前节点开始往前寻找正常的等待状态if（ws0）｛do｛后面的节点断开与前驱节点的链接node。prevpredpred。｝while（pred。waitStatus0）；双向连接pred。｝else｛小于0时，可能为共享锁compareAndSetWaitStatus（pred，ws，Node。SIGNAL）；｝｝复制代码
　　如果前驱节点的SIGNAL值为1，会返回true。
　　compareAndSetWaitStatus（pred，ws，Node。SIGNAL）方法内部也使用了CAS锁机制，源码：privatestaticfinalbooleancompareAndSetWaitStatus（Nodenode，intexpect，intupdate）｛returnunsafe。compareAndSwapInt（node，waitStatusOffset，expect，update）；｝复制代码
　　如果shouldParkAfterFailedAcquire（Nodepred，Nodenode）方法返回true，则会调用parkAndCheckInterrupt（）方法阻塞当前线程，线程等待，如果线程被中断过则返回true：privatefinalbooleanparkAndCheckInterrupt（）｛调用park让线程进入wait状态LockSupport。park（this）；检查线程是否中断过。returnThread。interrupted（）；｝复制代码
　　如果线程在等待的过程中被中断过，那么获取到资源后会通知线程中断：Conveniencemethodtointerruptcurrentthread。staticvoidselfInterrupt（）｛Thread。currentThread（）。interrupt（）；｝复制代码
　　acquire（）竞争获取锁资源流程时，首先会调用tryAcquire（）方法去尝试获取资源，如果成功获取到资源，则直接进入临界区执行代码；如果没有获取到资源，则将此线程封装成一个结点放入队列尾部分，调用park（）方法让线程等待，并且标记为独占模式。如果线程被唤醒（unPark）时，会尝试获取锁资源，如果在等待过程中，线程被中断过则返回true，没有被中断过返回false。如果线程在等待过程中被中断过，它是不会响应，只是在获取到资源后直接调用自我中断方法selfInterrupt（），将中断线程。
　　释放独占锁
　　在独占锁中，释放锁的入口是release（）方法，源码如下：publicfinalbooleanrelease（longarg）｛if（tryRelease（arg））｛Nif（h！nullh。waitStatus！0）唤醒后继节点unparkSuccessor（h）；｝｝复制代码
　　点入tryRelease（arg）方法尝试释放锁，可以看出，其和tryAcquire（）方法一样，也没有具体的实现，只是抛出了UnsupportedOperationException（）异常，具体的逻辑由AQS的子类实现：protectedbooleantryRelease（longarg）｛thrownewUnsupportedOperationException（）；｝复制代码
　　如果tryRelease（longarg）方法返回true，会判断头结点是否为空，并且waitStatus是否为0（为0则代码初始化阶段），如果不为0，那么下面会调用unparkSuccessor（）方法，唤醒后继节点，我们来查看unparkSuccessor（）方法的源码：privatevoidunparkSuccessor（Nodenode）｛intwsnode。waitS如果当前状态为有效状态if（ws0）CAS操作将waitState置为0compareAndSetWaitStatus（node，ws，0）；Nodesnode。下一个节点（线程）为空或已取消if（snulls。waitStatus0）｛从后往前遍历，寻找有效的节点for（Nt！nullt！tt。prev）if（t。waitStatus0）｝if（s！null）找到则唤醒后继节点LockSupport。unpark（s。thread）；｝复制代码
　　unparkSuccessor（Nodenode）方法实现的是唤醒后继节点，当当前节点的waitStatus状态小于0时，表示该状态为有效状态，会使用CAS机制将当前线程设为初始化状态0，之后找到下一个需要唤醒的节点，如果下一个需要唤醒的节点为空或者为取消状态则将当前线程置为null，之后从尾节点往前遍历，寻找有效的节点，找到了且不为null的话，就唤醒该节点（线程）。共享模式加锁
　　在共享模式下加锁的方法入口为acquireShared（longarg）方法，其源码如下：publicfinalvoidacquireShared（longarg）｛if（tryAcquireShared（arg）0）doAcquireShared（arg）；｝复制代码
　　进入到tryAcquireShared（arg）方法，此方法为尝试获取资源，得到如下源码，与独占模式获取锁一样，tryAcquireShared（longarg）没有实现具体的逻辑，由AQS的子类实现：protectedlongtryAcquireShared（longarg）｛thrownewUnsupportedOperationException（）；｝复制代码
　　tryAcquireShared（arg）会有三种返回值：当返回值为负数时，表示获取资源失败；当返回值为0时，表示获取资源成功，没有剩余资源；当返回值为正数时，表示当前线程获取到了资源，仍然有资源剩余。
　　当tryAcquireShared（arg）方法返回为false时，表示获取资源失败，会往下进行doAcquireShared（arg）方法，此方法会将线程放入到等待队列尾部休息，点入doAcquireShared（arg）方法的源码得：privatevoiddoAcquireShared（longarg）｛将节点加入到队列尾部finalNodenodeaddWaiter（Node。SHARED）；获取资源成功的标志，初始为获取不到try｛中断的标志自旋for（；；）｛获取当前节点的前驱节点finalNodepnode。predecessor（）；如果前驱节点是头节点的话if（phead）｛返回还剩下多少资源longrtryAcquireShared（arg）；if（r0）｛如果资源还足够的话，将头结点指向自己，如果还有剩余资源，可以唤醒后面的节点setHeadAndPropagate（node，r）；断开之前的头结点，便于垃圾回收p。helpGCif（interrupted）selfInterrupt（）；｝｝if（shouldParkAfterFailedAcquire（p，node）parkAndCheckInterrupt（））｝｝finally｛if（failed）cancelAcquire（node）；｝｝复制代码
　　在共享模式下，当线程被唤醒拿到资源时，如果还有剩余资源，会继续唤醒后继的线程。如果被唤醒的线程发现资源不够用时会再次进入休眠。这个情况下，就算排在首位线程后面的线程需要更少的资源，也会因为前面资源不够而等待，不会先执行后面的线程。
　　对于上面代码中出现的setHeadAndPropagate（）方法，点入查看得到以下源码：privatevoidsetHeadAndPropagate（Nodenode，longpropagate）｛将头结点赋值为hNRecordoldheadforcheckbelow将当前节点设置为头结点setHead（node）；如果还有剩余资源的话，会唤醒后面的节点（线程）if（propagate0hnullh。waitStatus0（hhead）nullh。waitStatus0）｛Nodesnode。if（snulls。isShared（））唤醒后继节点doReleaseShared（）；｝｝复制代码
　　释放共享资源
　　释放共享资源方法为doReleaseShared（）privatevoiddoReleaseShared（）｛自旋for（；；）｛N头结点不为空并且头结点不等于尾节点if（h！nullh！tail）｛拿到头结点的等待状态intwsh。waitS如果当前节点为等待唤醒的节点if（wsNode。SIGNAL）｛将当前节点等待状态初始化，来唤醒线程if（！compareAndSetWaitStatus（h，Node。SIGNAL，0））looptorecheckcasesunparkSuccessor（h）；唤醒后继线程｝如果线程处于初始化状态，并且还有剩余资源elseif（ws0！compareAndSetWaitStatus（h，0，Node。PROPAGATE））looponfailedCAS｝如果没有后继节点，退出自旋if（hhead）｝｝复制代码
　　在doReleaseShared（）方法中，通过自旋的方式获取头节点，当头节点不为空，且队列不为空时，判断头节点的waitStatus状态的值是否为SIGNAL（1）。当满足条件时，会通过CAS将头节点的waitStatus状态值设置为0，如果CAS操作设置失败，则继续自旋。如果CAS操作设置成功，则唤醒队列中的后继节点。
　　如果头节点的waitStatus状态值为0，并且在通过CAS操作将头节点的waitStatus状态设置为PROPAGATE（3）时失败，则继续自旋逻辑。
　　如果在自旋的过程中发现没有后继节点了，则退出自旋逻辑。
　　本篇文章就分享到这里了，后续将会分享各种其他关于并发编程的知识，感谢大佬认真读完支持咯
　　文章到这里就结束了，如果有什么疑问的地方请指出，诸佬们一起讨论希望能和诸佬们一起努力，今后进入到心仪的公司再次感谢各位小伙伴儿们的支持
　　作者：小威要向诸佬学习呀
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