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一:AQS简介

• AQS全称为AbstractQueuedSynchronizer，它是一个一个抽象类
• 在AQS中有几个属性和一个双向队列（CLH队列）

//头节点
private transient volatile Node head;
//尾节点
private transient volatile Node tail;
//状态值
private volatile int state;

• AQS是一个基类，在JUC并发包下，其实现类有ReentrantLock,CountDownLatch,…
• 图示例
  

二:了解AQS 上锁和释放锁的原理

1:前言

我们是通过AQS的实现类ReentrantLock来进行解析其上锁 和 释放锁的原理，但是ReetrantLock锁是有公平锁和非公平锁，以及可重入锁的分类的 我们先看非公平锁

2:上锁(非公平锁)

(1):我们从main主函数中点进去

 public static void main(String[] args) {ReentrantLock lock = new ReentrantLock();lock.lock();//点进去lock看源码}

(2):从lock进入

public void lock() {sync.lock();}

• 解释:我们这里从lock直接点进去看源码的话,其实是进了 sync的，该sync类中是定义了lock这个方法的,并且syn 内部类是继承自AbstractQueuedSynchronizer类，那我们的非公平锁类和公平锁类是继承自 sync 这个类的，并且实现其lock方法 。

(3):找到非公平锁中的lock

 final void lock() {//以CAS的方式尝试将 state 状态从 0改为1,如果返回 true 则说明上锁成功，否则该资源有线程占用修改失败if (compareAndSetState(0, 1))//证明当前线程拿到了锁资源setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());elseacquire(1);}

(4):查看acquire()方法

 public final void acquire(int arg) {if (!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))selfInterrupt();}

• tryAcquire()尝试直接去获取资源，如果成功则直接返回（这里体现了非公平锁，每个线程获取锁时会尝试直接抢占加塞一次，而CLH队列中可能还有别的线程在等待）；
• 如果尝试获取资源失败的话 也就是 tryAcquire(arg) = false 而 !tryAcquire(arg) =true ，那么接下来就将该线程封装成一个结点Node将其追加到AQS的队列后面中。

(5):查看tryAcquire(arg)方法

a:前言介绍

• 我们点击tryAcquire()的话,我们是直接进入到的是 AQS 基类的 tryAcquire(),这里并没有给出什么具体的实现;但是其实现类
  ReentrantLock中 是有其实现的，所以我们需要在ReentrantLock中寻找tryAcquire()的方法
  

b:进入ReentrantLock类中的nonfairTryAcquire方法

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {//获取到当前的线程final Thread current = Thread.currentThread();//获取到AQS的state值int c = getState();//c == 0 证明此时无锁,我们可以通过CAS对某个资源进行上锁if (c == 0) {if (compareAndSetState(0, acquires)) {//证明当前线程拿到了资源setExclusiveOwnerThread(current);return true;}}//锁重入了,  就是我们同一个线程对一个资源上了多次锁else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {//将State + 1int nextc = c + acquires;//当c是最大值的时候 再+1的话,那么在二进制中 符号位就会从1到0,那么的话整个值就为负数if (nextc < 0) // overflowthrow new Error("Maximum lock count exceeded");//重新对AQS中的state值进行赋值setState(nextc);return true;}return false;}

(6):addWaiter(Node.EXCLUSIVE)

a:前言

如果尝试获取资源失败的话,那么我们将该线程封装成Node结点,并将其放到AQS队列尾部

b:源码走一波

private Node addWaiter(Node mode) {//这里就是将当前线程封装成一个结点,mode有两种：EXCLUSIVE（独占）和SHARED（共享）,在reentrantLock中,mode 是独占锁Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);// Try the fast path of enq; backup to full enq on failure//获取到AQS队列的尾部结点Node pred = tail;//如果队列不空的话if (pred != null) {//让新的结点指向AQS尾部结点（双向队列）node.prev = pred;//因为AQS队列中tail一直指向的是最后一个结点,所以我们通过CAS操作将 tail指向最后一个结点if (compareAndSetTail(pred, node)) {//让倒数第二个结点指向倒数第一个结点pred.next = node;return node;}}//如果队列为空的话 或者是CAS操作失败的话,enq(node);return node;}

如果队列为空的话 或者是CAS操作失败的话,则进入enq()函数;

private Node enq(final Node node) {//死循环,CAS通过自旋的方式一定将结点成功的插入到队列尾部,for (;;) {//获取队列的尾部结点 Node t = tail;if (t == null) { // Must initialize 初始化完成后 tail和head都指向该node结点if (compareAndSetHead(new Node()))tail = head;} else { //else 就是上个函数CAS操作失败了,或者是初始化的时候，发生线程上下文切换,那么的话我们执行下列代码node.prev = t;if (compareAndSetTail(t, node)) {t.next = node;return t;}}}}

(7): acquireQueued(Node, int)

a:acquireQueued（）

通过tryAcquire()和addWaiter()，该线程获取资源失败，已经被放入等待队列尾部了,进入等待状态休息，直到其他线程彻底释放资源后唤醒自己，自己再拿到资源，然后就可以去干自己想干的事了(跟医院排队拿号有点相似~~acquireQueued()就是干这件事：在等待队列中排队拿号（中间没其它事干可以休息），直到拿到号后再返回)

 1 final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {2     boolean failed = true;//标记是否成功拿到资源3     try {4         boolean interrupted = false;//标记等待过程中是否被中断过5         6         //又是一个“自旋”！7         for (;;) {8             final Node p = node.predecessor();//拿到前驱9             //如果前驱是head，即该结点已成老二，那么便有资格去尝试获取资源（可能是老大释放完资源唤醒自己的，当然也可能被interrupt了）。
10             if (p == head && tryAcquire(arg)) {
11                 setHead(node);//拿到资源后，将head指向该结点。所以head所指的标杆结点，就是当前获取到资源的那个结点或null。
12                 p.next = null; // setHead中node.prev已置为null，此处再将head.next置为null，就是为了方便GC回收以前的head结点。也就意味着之前拿完资源的结点出队了！
13                 failed = false; // 成功获取资源
14                 return interrupted;//返回等待过程中是否被中断过
15             }
16             
17             //这里需要保证上一个结点是的-1 (SIGNAL    = -1 这个-1代表上一个锁是被唤醒的状态), 当是-1的时候返回true
18             if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
19                 parkAndCheckInterrupt())//基于unsafe类的park()方法,阻塞线程，直到被unpark()唤醒。
20                 interrupted = true;//如果等待过程中被中断过，哪怕只有那么一次，就将interrupted标记为true
21         }
22     } finally {
23         if (failed) // 如果等待过程中没有成功获取资源（如timeout，或者可中断的情况下被中断了），那么取消结点在队列中的等待。
24             cancelAcquire(node);
25     }
26 }

b: shouldParkAfterFailedAcquire(pred, Node)

此方法主要用于检查状态，看看自己是否真的可以去休息了（进入waiting状态），万一队列前边的线程都放弃了只是瞎站着，那也说不定，对吧。(如果前驱节点pred的状态不是-1的话，那么我们的Node就往前进寻找，直到 找到一个前驱结点是-1的，然后将Node放到其后面)

1 private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {2     int ws = pred.waitStatus;//拿到前驱的状态3     if (ws == Node.SIGNAL)//Node.SIGNAL == -14         //如果已经告诉前驱拿完号后通知自己一下，那就可以安心休息了5         return true;6     if (ws > 0) {7         /*8          * 如果前驱放弃了，那就一直往前找，直到找到最近一个正常等待的状态，并排在它的后边。9          * 注意：那些放弃的结点，由于被自己“加塞”到它们前边，它们相当于形成一个无引用链，稍后就会被保安大叔赶走了(GC回收)！
10          */
11         do {
12             node.prev = pred = pred.prev;
13         } while (pred.waitStatus > 0);
14         pred.next = node;
15     } else {
16          //如果前驱正常，那就把前驱的状态设置成SIGNAL，告诉它拿完号后通知自己一下。有可能失败，人家说不定刚刚释放完呢！
17         compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
18     }
19     return false;
20 }

整个流程中，如果前驱结点的状态不是SIGNAL，那么自己就不能安心去休息，需要去找个安心的休息点，同时可以再尝试下看有没有机会轮到自己拿号。

c:parkAndCheckInterrupt()

如果线程找好安全休息点后，那就可以安心去休息了。此方法就是让线程去休息，真正进入等待状态

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {LockSupport.park(this);return Thread.interrupted();}

park()会让当前线程进入waiting状态。在此状态下，有两种途径可以唤醒该线程：1）被unpark()；2）被interrupt()。

d:小结 acquireQueued()，总结下该函数的具体流程：

• 结点进入队尾后，检查状态，找到安全休息点；
• 调用park()进入waiting状态，等待unpark()或interrupt()唤醒自己；
• 被唤醒后，看自己是不是有资格能拿到号。如果拿到，head指向当前结点，然后获取该锁资源；如果没拿到，继续流程1，继续等待。

(8):总结

1 public final void acquire(int arg) {
2     if (!tryAcquire(arg) &&
3         acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
4         selfInterrupt();
5 }

• 调用自定义同步器的tryAcquire()尝试直接去获取资源，如果成功则直接返回；
• 没成功，则addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式；
• acquireQueued()使线程在等待队列中休息，有机会时（轮到自己，会被unpark()）会去尝试获取资源。获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过，则返回true，否则返回false。
• 如果线程在等待过程中被中断过，它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt()，将中断补上。
  

3:公平锁

从源码中我们可以观察出,公平锁是在上锁的时候,并没有一上来就先去尝试获取资源,而是直接进入 acquire(1)

 static final class FairSync extends Sync {private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;final void lock() {acquire(1);}}

4:释放锁

(1):从main函数进入

 ReentrantLock lock = new ReentrantLock();lock.lock();lock.unlock();//从这里进入

(2):在进入Release(ReentrantLock的类中)

  public void unlock() {sync.release(1);}

(3):进入AQS源码中

  public final boolean release(int arg) {if (tryRelease(arg)) {Node h = head;//找到头节点if (h != null && h.waitStatus != 0)unparkSuccessor(h);//唤醒下一个线程	return true;}return false;}

(4): unparkSuccessor(h)

a:源码解析：

private void unparkSuccessor(Node node) {int ws = node.waitStatus;//获取到线程的状态, 小于0 说明数处于等待状态，大于0说明说明该结点已经放弃等待if (ws < 0)compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);//0状态就是已经完成的状态//得到头结点的后继结点head.nextNode s = node.next;//如果这个后继结点为空或者状态⼤于0//通过前⾯的定义我们知道 ⼤于0只有⼀种可能 就是这个结点已被取消//那么我们就从重新再找个处于等待状态的结点去唤醒,我们找的顺序是从尾结点开始。if (s == null || s.waitStatus > 0) {s = null;for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)if (t.waitStatus <= 0)s = t;}if (s != null)LockSupport.unpark(s.thread);}

b:为啥处于等待结点时候是逆序

• 由于并发问题，addWaiter()入队操作和cancelAcquire()取消排队操作都会造成next链的不一致，而prev链是强一致的，所以这时从后往前找是最安全的。
  

(5):小结

release()是独占模式下线程释放共享资源的顶层入口。它会释放指定量的资源，如果彻底释放了==（即state=0）==,它会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源。