Java并发：深入浅出AQS之独占锁模式源码分析

// 代表了当前锁的状态, 该锁即为队列中的所有Thread所抢占的锁,
// 注意, 这个state的取值是不受限制的, 不同于Node中的waitStatus, 这个state只有两种状态:
//0代表没有被占用，大于0代表有线程持有当前锁
private volatile int state;

// 代表了当前Node所代表的线程的锁的等待状态
// 取值范围有限, 详见下文Node Field部分
volatile int waitStatus;

// 头结点，大多数情况下就是当前持有锁的节点
private transient volatile Node head;

// 尾节点，每一个请求锁的线程会加到队尾
private transient volatile Node tail;

// 当前锁的状态，0代表没有被占用，大于0代表有线程持有当前锁
// 因为存在可重入锁的情况, 所以该值可能大于1
private volatile int state;

// 代表当前持有独占锁的线程，在可重入锁中可以用这个来判断当前线程是否已经拥有了锁
// if (currentThread == getExclusiveOwnerThread()) {state++}
private transient Thread exclusiveOwnerThread; //继承自AbstractOwnableSynchronizer

static final class Node {
    /** Marker to indicate a node is waiting in shared mode */
    static final Node SHARED = new Node();
    /** Marker to indicate a node is waiting in exclusive mode */
    static final Node EXCLUSIVE = null;

    /** waitStatus value to indicate thread has cancelled */
    static final int CANCELLED =  1;
    /** waitStatus value to indicate successor's thread needs unparking */
    static final int SIGNAL    = -1;
    /** waitStatus value to indicate thread is waiting on condition */
    static final int CONDITION = -2;
    /**
     * waitStatus value to indicate the next acquireShared should
     * unconditionally propagate
     */
    static final int PROPAGATE = -3;

    volatile int waitStatus;

    // 前置节点
    volatile Node prev;

    // 后置节点
    volatile Node next;

    // 节点所代表的线程
    volatile Thread thread;

    Node nextWaiter;
}

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

//注意：该入队方法的返回值就是新创建的节点
    private Node addWaiter(Node mode) {
        //基于当前线程，节点类型（Node.EXCLUSIVE）创建新的节点
        //由于这里是独占模式，因此节点类型就是Node.EXCLUSIVE
        Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
        Node pred = tail;

        //这里为了提搞性能，首先执行一次快速入队操作，即直接尝试将新节点加入队尾
        if (pred != null) {
            node.prev = pred;
            //这里根据CAS的逻辑，即使并发操作也只能有一个线程成功并返回，其余的都要执行后面的入队操作。即enq()方法
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                pred.next = node;
                return node;
            }
        }
        //上一步失败则通过enq入队。
        enq(node);
        return node;
    }

//完整的入队操作
private Node enq(final Node node) {
    // CAS 自旋 ，直到成功加入队尾
    for (;;) {
        Node t = tail;
        //如果队列还没有初始化，则进行初始化，即创建一个空的头节点
        if (t == null) { 
            //同样是CAS，只有一个线程可以初始化头结点成功，其余的都要重复执行循环体
            if (compareAndSetHead(new Node()))
                tail = head;
        } else {
            //新创建的节点指向队列尾节点，毫无疑问并发情况下这里会有多个新创建的节点指向队列尾节点
            node.prev = t;
            //基于这一步的CAS，不管前一步有多少新节点都指向了尾节点，这一步只有一个能真正入队成功，其他的都必须重新执行循环体
            if (compareAndSetTail(t, node)) {
                t.next = node;
                //该循环体唯一退出的操作，就是入队成功（否则就要无限重试）
                return t;
            }
        }
    }
}

通过上面的分析，该方法入参node就是刚入队的包含当前线程信息的节点
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        //锁资源获取失败标记位
        boolean failed = true;
        try {
            //等待线程被中断标记位
            boolean interrupted = false;
            //这个循环体执行的时机包括新节点入队和队列中等待节点被唤醒两个地方

            //又是一个“自旋”
            for (;;) {
                //获取当前节点的前置节点
                final Node p = node.predecessor();
                //如果前置节点就是头结点，则尝试获取锁资源
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    //当前节点获得锁资源以后设置为头节点，这里继续理解我上面说的那句话
                    //头结点就表示当前正占有锁资源的节点
                    setHead(node);
                    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！
                    //表示锁资源成功获取，因此把failed置为false
                    failed = false;
                    //返回中断标记，表示当前节点是被正常唤醒还是被中断唤醒
                    return interrupted;
                }
                //如果没有获取锁成功，则进入挂起逻辑
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    //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
                    interrupted = true;

            }
        } finally {
            //最后会分析获取锁失败处理逻辑
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

//首先说明一下参数，node是当前线程的节点，pred是它的前置节点
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
        //获取前置节点的waitStatus
        int ws = pred.waitStatus;
        if (ws == Node.SIGNAL)
            //如果前置节点的waitStatus是Node.SIGNAL则返回true，然后会执行parkAndCheckInterrupt()方法进行挂起
            return true;
        if (ws > 0) {
            //由waitStatus的几个取值可以判断这里表示前置节点被取消
            do {
                node.prev = pred = pred.prev;
            } while (pred.waitStatus > 0);
            //这里我们由当前节点的前置节点开始，一直向前找最近的一个没有被取消的节点
            //注，由于头结点head是通过new Node()创建，它的waitStatus为0,因此这里不会出现空指针问题，也就是说最多就是找到头节点上面的循环就退出了
            pred.next = node;
        } else {
            //根据waitStatus的取值限定，这里waitStatus的值只能是0或者PROPAGATE，那么我们把前置节点的waitStatus设为Node.SIGNAL然后重新进入该方法进行判断
            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
        }
        return false;
    }

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        LockSupport.park(this);//调用park()使线程进入waiting状态
        //被唤醒之后，返回中断标记，即如果是正常唤醒则返回false，如果是由于中断醒来，就返回true
        return Thread.interrupted();
    }

//传入的方法参数是当前获取锁资源失败的节点
private void cancelAcquire(Node node) {
        // 如果节点不存在则直接忽略
        if (node == null)
            return;

        node.thread = null;

        // 跳过所有已经取消的前置节点，跟上面的那段跳转逻辑类似
        Node pred = node.prev;
        while (pred.waitStatus > 0)
            node.prev = pred = pred.prev;
        //这个是前置节点的后继节点，由于上面可能的跳节点的操作，所以这里可不一定就是当前节点，仔细想一下。^_^
        Node predNext = pred.next;

        //把当前节点waitStatus置为取消，这样别的节点在处理时就会跳过该节点
        node.waitStatus = Node.CANCELLED;
        //如果当前是尾节点，则直接删除，即出队
        //注：这里不用关心CAS失败，因为即使并发导致失败，该节点也已经被成功删除
        if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
            compareAndSetNext(pred, predNext, null);
        } else {
            int ws;
            if (pred != head &&
                ((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL ||
                 (ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&
                pred.thread != null) {
                Node next = node.next;
                if (next != null && next.waitStatus <= 0)
                    //这里的判断逻辑很绕，具体就是如果当前节点的前置节点不是头节点且它后面的节点等待它唤醒（waitStatus小于0），
                    //再加上如果当前节点的后继节点没有被取消就把前置节点跟后置节点进行连接，相当于删除了当前节点
                    compareAndSetNext(pred, predNext, next);
            } else {
                //进入这里，要么当前节点的前置节点是头结点，要么前置节点的waitStatus是PROPAGATE，直接唤醒当前节点的后继节点
                unparkSuccessor(node);
            }

            node.next = node; // help GC
        }
    }

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

private void unparkSuccessor(Node node) {
        //这里，node一般为当前线程所在的节点。
        int ws = node.waitStatus;
        if (ws < 0)
            //把标记为设置为0，表示唤醒操作已经开始进行，提高并发环境下性能
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

        Node s = node.next;
        //如果当前节点的后继节点为null，或者已经被取消
        if (s == null || s.waitStatus > 0) {
            s = null;
            //注意这个循环没有break，也就是说它是从后往前找，一直找到离当前节点最近的一个等待唤醒的节点
            for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
                if (t.waitStatus <= 0)
                    s = t;
        }
        //执行唤醒操作
        if (s != null)
            LockSupport.unpark(s.thread);//唤醒
    }