AbstractQueuedSynchronizer原理剖析

private Node addWaiter(Node mode) { 
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); //创建一个节点，存储当前的线程，以及锁持有的模式，对于 ReentrantLock来说就是 独占 型
    // 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)) {//CAS操作，如果当前的尾部节点没有被其它线程更改，那么把新的节点设置成队列的尾部
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    enq(node);//首次入队
    return node;
}

private Node enq(final Node node) {
    for (;;) {
       //借助CAS机制实现无锁操作，所以需要一直执行直到CAS成功
        Node t = tail;
        if (t == null) { // 初始化发生在第一次创建队列，这样的好处是，当竞争不激烈的时候，实际上也就不会发生这些操作，性能也会好些
             if (compareAndSetHead(new Node()))
                tail = head;
        } else {
            node.prev = t;
            if (compareAndSetTail(t, node)) {
                t.next = node;
                return t;
            }
        }
    }
}

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor(); //优先执行当前节点的前一个节点
            if (p == head && tryAcquire(arg)) { //仅当当前节点的前一个节点是head,才去获取线程，这里可以看出其实先等待的线程是会优先处理，也就是FIFO原则
                setHead(node); 
                p.next = null; // help GC    ,释放掉当前线程在队列中的引用，也可以看做’出队'了            
                failed = false;
                //执行到这里说明获取锁成功
                return interrupted;
            }
            //执行到这里说明存在竞争，有多个线程都在等待一个锁
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt()) //里面会对当前线程执行中断，当被唤醒时，继续循环
                    //如果线程被中断，设置中断标记，区别于 doAcquireInterruptibly，doAcquireInterruptibly是直接抛出异常，这也就是 lockInterruptibly能够抛出中断的原因
                    interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
    int ws = pred.waitStatus; //查看前一个节点的等待状态
    if (ws == Node.SIGNAL)
            //已经尝试过获取锁，可以执行park了
            return true;
    if (ws > 0) {   
        do {
            //去掉队列中所有已经取消的线程
            node.prev = pred = pred.prev;
        } while (pred.waitStatus > 0);
        pred.next = node;
    } else {             
        //此时当前线程的前一个节点的等待状态必定是0或者PROGATE，这表明当前线程在park之前可以再尝试一次去获取锁,也就是说前一个节点可能刚获取到SIGNAL
        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
    }
    return false;
}

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
    //当获取不到许可时，阻塞线程，解除阻塞状态的情况如下：
    //1 某个线程对这个线程调用了unpark方法
    //2 某个线程中断了这个线程
    //3 这个方法毫无理由的返回了 [park比较奇特的地方],基于这样，调用的时候必须去判断park的条件，以及当它返回的时候，去设置中断的状态
    LockSupport.park(this); 
    //返回线程的中断状态
    return Thread.interrupted();
}

public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        //执行这里表示所已经被释放,可以让它的下一个节点来抢锁
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h); //h.waitStatus == 0 表示还没有执行park,自然不需要unpark
        return true;
    }
    return false;
}

private void unparkSuccessor(Node node) {
     int ws = node.waitStatus;
    if (ws < 0)
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

     Node s = node.next; //有可能线程被取消了，所以从尾部往前遍历，到最近一个没有被取消的线程
    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; //确保线程没有取消
    }
    if (s != null)
        LockSupport.unpark(s.thread); //恢复线程
}

public final void await() throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();//当前线程已经中断了，抛出中断异常
    //添加一个新的waiter到condition queue中,这个新的Node的waitStatus会被标记为CONDITION
    Node node = addConditionWaiter(); 
    //释放当前线程拥有的锁,即从sync queue中去掉当前线程
    int savedState = fullyRelease(node);
    int interruptMode = 0;
    while (!isOnSyncQueue(node)) {
    //如果当前线程不在持有锁的队列里头,对他进行休眠，当其它线程执行 unlock的时候，释放锁，就会执行unpark操作，此时它会被唤醒，唤醒后，如果它在syn队列里头，开始继续往下执行。(这个插入操作则是由signal完成)
        LockSupport.park(this); 
        if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
            break;//等待的过程中线程中断了，退出
    }
//重新竞争锁,相当于执行了lock操作
    if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
    //再次去获取锁，如果当前的线程在park的时候是被中断了，并且ConditionObject并不是由于中断返回，这里再次标记为中断
        interruptMode = REINTERRUPT;  
    if (node.nextWaiter != null) 
    //清除非Condition模式的线程,而在signal中有先关操作将conditon的线程设置成非condition
         unlinkCancelledWaiters();
    if (interruptMode != 0)
    //上报等待的过程中发生了中断,如果是要抛出中断，就抛出，否则再次执行中断
        reportInterruptAfterWait(interruptMode); 
}

final boolean isOnSyncQueue(Node node) {
    if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null)
    //node本身是调用了 await 方法,或者没有在获取锁的队列里头,[如果在里头必定有一个前置的节点]
        return false; 
    if (node.next != null) 
    //当前节点存在下一个节点，那么它肯定是执行过 enq ,即获取过锁
        return true; 
    // CAS失败的时候，有可能 node.rev是没有的，因此需要从头到尾遍历一次
   return findNodeFromTail(node); 
}

private int checkInterruptWhileWaiting(Node node) {
    return Thread.interrupted() ?
        (transferAfterCancelledWait(node) ? THROW_IE : REINTERRUPT) :
        0;
}
final boolean transferAfterCancelledWait(Node node) {
    if (compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) {
    //线程中断重新获取锁,并且设置waitStatus为0，以便后续线程从condition queue清除
        enq(node); 
        return true;
    }
    while (!isOnSyncQueue(node))
    //如果CAS失败，只要当前节点没有在Sync queue中，那么一直自旋，每次都会交出执行权限
        Thread.yield(); 
    return false;
}

public final void signal() {
    if (!isHeldExclusively()) //只有当前线程持有了锁，才能释放
        throw new IllegalMonitorStateException();
    Node first = firstWaiter;
    if (first != null)
        doSignal(first);//优先释放队列头的,也就是等待时间最长的condition node
}
private void doSignal(Node first) {
    do {
        if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
            lastWaiter = null;
        first.nextWaiter = null;
    } while (!transferForSignal(first) &&
             (first = firstWaiter) != null);
}
//将节点从condition queue转移到sync queue
final boolean transferForSignal(Node node) {
    if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
        return false; //设置为非等待失败，则不继续转移
//CAS设置等待状态为0成功
Node p = enq(node); //新节点放入sync queue，并返回原来的尾部节点，也就是新节点的前一个节点
    int ws = p.waitStatus;
    if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL)) //参考shouldParkAfterFailedAcquire
        LockSupport.unpark(node.thread);//如果当前节点的前一个节点线程已经取消,或者将当前节点的前一个节点线程的waitStatus设置成SIGNAL失败,则直接唤醒当前线程
    return true;
}