上节，我们讲了AQS的阻塞与释放实现原理，线程间通信(Condition)的原理。这次，我们就讲讲基于AQS实现的ReentrantLock(重入锁)。

1. 介绍

结合上面的ReentrantLock类图，ReentrantLock实现了Lock接口，它的内部类Sync继承自AQS，绝大部分使用AQS的子类需要自定义的方法存在Sync中。而ReentrantLock有公平与非公平的区别，即’是否先阻塞就先获取资源’，它的主要实现就是FairSync与NonfairSync，后面会从源码角度看看它们的区别。

2. 源码剖析

Sync是ReentrantLock控制同步的基础。它的子类分为了公平与非公平。使用AQS的state代表获取锁的数量

    abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;

        /**
         * Performs {@link Lock#lock}. The main reason for subclassing
         * is to allow fast path for nonfair version.
         */
        abstract void lock();

        ...
    }

我们可以看出内部类Sync是一个抽象类，继承它的子类(FairSync与NonfairSync)需要实现抽象方法lock。

下面我们先从非公平锁的角度来看看获取资源与释放资源的原理故事就从就两个变量开始:

    // 获取一个非公平的独占锁
    /**
    * public ReentrantLock() {
    *    sync = new ReentrantLock.NonfairSync();
    * }
    */
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    // 获取条件变量
    private Condition condition = lock.newCondition();

2.1 上锁(获取资源)

   lock.lock()

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

    static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

        // 获取资源
        final void lock() {
            // 若此时没有线程获取到资源，直接设置当前线程独占访问资源。
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                // AQS的方法
                acquire(1);
        }

        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            // 实现在父类Sync中
            return nonfairTryAcquire(acquires);
        }
    }

AQS的acquire

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

上一节已经剖析过AQS的acquire的整个流程了，就差子类如何去实现tryAcquire了。

  // Sync实现的非公平的tryAcquire
  final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            // 此时若没有线程获取到资源，当前线程就直接占用该资源
            if (c == 0) {
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            // 若当前线程已经占用了该资源，可以再次获取该资源  ->这个行为就是可重入锁的支撑
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

尝试获取资源的过程是非常简单的，这里再贴一下acquire的流程图

2.2 释放资源

    lock.unlock();

    public void unlock() {
        // AQS的方法
        sync.release(1);
    }

AQS的release

    public final boolean release(int arg) {
        if (tryRelease(arg)) {
            Node h = head;
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                unparkSuccessor(h);
            return true;
        }
        return false;
    }

release的流程已经剖析过了，接下来看看tryRelease的实现

        protected final boolean tryRelease(int releases) {
            int c = getState() - releases;
            // 这里可以看出若没有持有锁，就释放资源，就会报错
            if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
                throw new IllegalMonitorStateException();
            boolean free = false;
            if (c == 0) {
                free = true;
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            setState(c);
            return free;
        }

tryRelease的实现也很简单，这里再贴一下release的流程图

2.3 公平锁与非公平锁的区别

公平锁与非公平锁，即’是否先阻塞就先获取资源’, ReentrantLock中公平与否的控制就在tryAcquire中。下面我们看看，公平锁的tryAcquire

static final class FairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

        final void lock() {
            acquire(1);
        }

        protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                // (2.3.1)
                // sync queue中是否存在前驱结点
                if (!hasQueuedPredecessors() &&
                    compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0)
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }
    }

区别在代码(2.3.1) hasQueuedPredecessors

判断当前线程的前面有无其他线程排队；若当前线程在队列头部或者队列为空返回false

    public final boolean hasQueuedPredecessors() {
        // The correctness of this depends on head being initialized
        // before tail and on head.next being accurate if the current
        // thread is first in queue.
        Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order
        Node h = head;
        Node s;
        return h != t &&
            ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
    }

结合下面的入队代码(enq), 我们分析hasQueuedPredecessors为true的情况:

h != t ,表示此时queue不为空; (s = h.next) == null, 表示另一个结点已经运行了下面的步骤(2)，还没来得及运行步骤(3)。简言之，就是B线程想要获取锁的同时，A线程获取锁失败刚好在入队(B入队的同时，之前占有的资源的线程，刚好释放资源)
h != t 且 (s = h.next) ！= null，表示此时至少有一个结点在sync queue中；s.thread != Thread.currentThread()，这个情况比较复杂，设想一下有这三个结点 A -> B C， A此时获取到资源，而B此时因为获取资源失败正在sync queue阻塞，C还没有获取资源(还没有执行tryAcquire)。

2.1 时刻一：A释放资源成功后(执行tryRelease成功)，B此时还没有成功获取资源(C执行s = h.next时，B还在sync queue中且是老二)

2.2 时刻二: C此时执行hasQueuedPredecessors，s.thread != Thread.currentThread()成立，此时s.thread表示的是 B

    private Node enq(final Node node) {
        for (;;) {
            Node t = tail;
            if (t == null) { // Must initialize
                if (compareAndSetHead(new Node())) // (1) 第一次初始化
                    tail = head;
            } else {
                node.prev = t;
                if (compareAndSetTail(t, node)) { // (2) 设置queue的tail
                    t.next = node; // (3)
                    return t;
                }
            }
        }
    }

Note that 1. because cancellations due to interrupts and timeouts may occur at any time, a true return does not guarantee that some other thread will acquire before the current thread（虚假true）. 2. Likewise, it is possible for another thread to win a race to enqueue after this method has returned false, due to the queue being empty（虚假false）.

这位大佬对hasQueuedPredecessors进行详细的分析，他文中解释了虚假true以及虚假false。我这里简单解释一下:

虚假true, 当两个线程都执行tryAcquire，都执行到hasQueuedPredecessors，都返回true，但是只有一个线程执行 compareAndSetState(0, acquires) 成功
虚假false，当一个线程A执行doAcquireInterruptibly，发生了中断，还没有清除掉被该结点时；此时，线程B执行hasQueuedPredecessors时，返回true

3. 总结

本文介绍了利用AQS实现的锁ReetrantLock

讲解了tryRelease与tryAcquire的实现原理
说了说锁的公平与否的实现，是否在意当前线程是否有其他线程排队
分析了一下hasQueuedPredecessors的几种情况

4. 参考

AQS深入理解 hasQueuedPredecessors源码分析 JDK8