JAVA源码分析------锁（1）
第一次写博客，也就是记录一些自己对于JAVA的一些理解，不足之处，请大家指出，一起探讨。
这篇博文我打算说一下JAVA中锁，也就是Lock（）的部分源码，这里我拿了一个Lock的具体实现类ReentrantLock来举例，但其实其他几个实现类大同小异。
附上一张流程图，来源我忘记，比较抱歉啊。
首先声明一下ReentrantLock类中的结构
其中有一个Sync静态内部类，该类继承自AbstractQuenedSynchrorizer
在AbstractQuenedSynchrorizer中，实现了大部分关于lock的操作，一般只留下tryAcquire(）尝试获取锁，tryRelease()尝试释放锁,延迟到子类来完成，可以提高扩展性
而Sync也有两个子类，分别为NonfairSync与FairSync
那么从lock()入手。
lock()
先调了ReentrantLock中的lock（）方法
public void lock() {
sync.lock();
}
上面说过了，默认情况下调用lock()方法时调用的是非公平锁，也就是NonfairLock()类中的lock()
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
这段代码比较好理解，重点放在else部分内，
首先compareAndSetState(0, 1)其实是一个CAS自旋，锁若是未被持有，默认是状态是0，持有后改为1，该方法内部调用的是unsafe的一个自旋，原理就是compareAndSetState(old, new)
若是old值等于期望值，那么将其设置为new值，试想，第一个现成进入if部分，显然可以成功获得锁，并且设置锁的状态为1，那么后面的现成进入后，若是第一个现成不释放锁，之后的现成调用compareAndSetState(0, 1)时，因为old是0，而期望值是1，不相符，所以不会获得该锁。
接下来就是else
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
这是AbstractQuenedSynchrorizer中的一个函数，由于尝试获取锁
tryAcquire(arg)显然是调用了NonfairLock类中的tryAcquire()函数，之前也提到了AbstractQuenedSynchrorizer将tryAcquire(）尝试获取锁，tryRelease()尝试释放锁,延迟到子类来完成
那么看一看NonfairLock类中tryAcquire（）的代码
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(next);
return true;
}
return false;
}
getState()获取该锁的状态，初始值为0
也就是说若c==0，则表示该锁未被占用，那么使用compareAndSetState将其设置为1，同时将当前现成置标志位锁的拥有者。
这里其实很好的体现了什么叫非公平锁，试想，当一个现成尝试获取锁时失败看，进入else部分，else内部又让其尝试获取锁，假设之前占有锁的现成在此时释放了锁，那么也就会导致当前线程可以成功的获取到锁，注意，是在第一次获取锁失败之后的一次尝试获取，然后居然就获取成功了，也就是无视了等待队列中的现成，变成了后来者居上的局面。当然也不能说这种非公平方式的获取锁不好，恰恰是这样，大大提高了吞吐量。
那么接下来，若是c!=0呢，进入else部分，判断的条件是当前现成是否是锁的拥有者现成，如果是的话，只是简单的做了个状态+1而已。
若是以上两者情况都不属于，那么返回false，说明该现成当前来看确实无法获取到锁，准备将其插入到等待队列中。
在!tryAcquire(arg) &&acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)这个条件的前半部分已经处理完了，返回若是true,则当前线程获得了锁，否则，没有获得锁
进入后半个判断acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)
这里可以看到其内部调了其他一个函数addWaiter(Node.EXCLUSIVE)
private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
Node pred = tail;
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
enq(node);
return node;
}
这里需要说明一个问题，就是AbstractQuenedSynchrorizer在内部自己维护了一个双向链表，放的是未获得锁的等待线程
在看这段代码，将当前线程包装成一个Node节点。
获取到该链表的尾节点tail，若尾节点不为null，做一个尾节点与当前新节点的链接，同时compareAndSetTail(pred, node)将tail更新为新加入的节点
若是尾节点为null，调用enq（）
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { // Must initialize
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
其大意为若尾节点为null，认为当前链表为空，那么构造一个头结点之后将新节点加入该链表
addWaiter（）的核心目的就是将线程包装成节点后加入链表尾部
好了，最后调用if内部执行的函数selfInterrupt();
static void selfInterrupt() {
Thread.currentThread().interrupt();
}
中断当前线程，至此一个完整的lock（）走完。
接下去就是unlock（）
相比之下unlock（）比较好理解
public void unlock() {
sync.release(1);
}
调用了AbstractQuenedSynchrorizer内的
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
类似的，看看tryRelease(arg)做了什么
protected final boolean tryRelease(int releases) {
int c = getState() - releases;
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
setState(c);
return free;
}
这里继续说明一下，前面说过AbstractQuenedSynchrorizer将tryAcquire(）尝试获取锁，tryRelease()尝试释放锁,延迟到子类来完成，这也是一个体现
这里比较好理解，更新状态，若c==0，setExclusiveOwnerThread(null);设置当前锁未被线程锁拥有，同时设置状态为，若是c不为0，依次释放，知道其为0，然后将该锁的拥有者置为null
返回去看release，获取等待队列的头节点，h != null && h.waitStatus != 0这个条件判断的是头结点是否是一个有效节点，若是调用unparkSuccessor(h);
private void unparkSuccessor(Node node) {
/*
* If status is negative (i.e., possibly needing signal) try
* to clear in anticipation of signalling. It is OK if this
* fails or if status is changed by waiting thread.
*/
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
/*
* Thread to unpark is held in successor, which is normally
* just the next node. But if cancelled or apparently null,
* traverse backwards from tail to find the actual
* non-cancelled successor.
*/
Node s = node.next;
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);
}
这段代码的意思在于找出第一个可以unpark的线程，一般说来head.next == head，Head就是第一个线程，但Head.next可能被取消或被置为null，因此比较稳妥的办法是从后往前找第一个可用线程。
总结一下，一般来说，在等待队列中的头结点并不是持有锁的节点，而是理解成即将持有锁的节点，因为当锁被释放之后，若是没有被不公平锁的抢占方式抢走了锁，他们头结点是具有获取锁资格的第一人选，若是头结点成功获取到锁，那么他会从链表中脱离，链表更新头结点。
在这里阻塞线程使用的park,同样是unsafe调用了本地方法park（）
反之，唤醒线程使用的是unpark（），调用过程同park（）
AbstractQuenedSynchrorizer做为一个同步器，是Lock具体实现类的基本功能提供类，像ReentrantLock只是做了该类的一个代理，以及将tryAquire()与tryRelease()的延迟实现。
在每个具体实现部分比如获取锁，释放锁等操作，都调用的CAS自旋操作。
这个我小小的说一下我对于这里为何要使用自旋的原因，首先Lock我们知道是一种轻量级的锁的实现，那么基于这种方式，若是我们想Synchorized方式那样，直接阻塞其余线程，等到有资源的时候再将其唤醒。
一个线程的调度是比较耗费CPU资源的尤其是我们在JVM内部还会实现一些类似于等待队列，运行队列，就绪队列这样的数据结构是，一个线程的切换，不仅仅是将其信息置入到内存，还需要将其在各个队列之间相互转换，就绪队列->运行队列等等。这种情况下，若是我们知道同步操作可以在非常短的时间内完成，那还有比较这样做频繁的线程切换么。
我们大可以将A线程保持其占有处理机的专状态，也就是让其一致在循环运行，循环体可以是空，也可以是一些无意义的指令，等到有资源时直接进入他的工作状态。虽然看起来占着处理机不放不是很好，但是从某种程度上来说，这样会比频繁的切换线程所造成的内存消耗来的更能让人接受。
当然这之间必然有一种平衡，究竟让线程空转多少时间比较合适呢，时间长了明显不合适，短了，又会造成白转的现像。所以这个我个人认为还是主要看运用的场合，若是同步操作很快能完成，那可以用CAS，否则的话，就看如何取舍了。
恩，那这篇差不多写到这里，有不足的地方欢迎大家提出一起研究。
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