【并发编程】 --- Reentrantlock源码解析2：公平锁加锁过程超详细解析

文章目录

1 前情回顾 --- 同步方法交替执行时Reentrantlock公平锁的逻辑
2 线程t1抢到锁并且没释放的情况
- 2.1 线程t2、t3、t4......入队 --- addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)方法
- 2.2 线程 t2、t3、t4...入队后 ---》自旋 + park
- - 2.2.1 前置知识 --- Node数据结构介绍
  - 2.2.2 线程 t2、t3、t4...入队后 ---》自旋 + park的具体流程
3 Reentrantlock公平锁加锁过程总结

源码地址：https://github.com/nieandsun/concurrent-study.git

1 前情回顾 — 同步方法交替执行时Reentrantlock公平锁的逻辑

前面一篇文章《【并发编程】 — Reentrantlock源码解析1：同步方法交替执行的处理逻辑》讲过无论是synchronized还是Lock锁，让某块代码变为同步的本质就是：当一个线程执行该方法后，其他线程无法进入该方法，对应于Reentrantlock来说就是让其他线程的lock()方法无法正常返回。

那篇文章里讲过在方法交替执行时，Reentrantlock公平锁的主要逻辑如下，这里就不再过多叙述。
在这里插入图片描述

2 线程t1抢到锁并且没释放的情况

2.1 线程t2、t3、t4…入队 — addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)方法

在这里插入图片描述
线程2的入队代码就这么一点，但是过程挺有意思的，这里总结如下：

当然这只是一种情况，即线程t2 成功排在了队列第2的位置。

其实应该还有一种情况：即线程t2完成了上图中粉色字体的第（2）步，这时线程t3刚好进入addWaiter()方法，发现tail已经不为null了，这时候有可能t3会先排在队列第2的位置 ，这里就不画图了。。。

当然还有可能刚开始时一下有多个线程进入enq方法的情况，这里就不展开了。。。

—> 此时应该可以引申出一个思考： Reentrantlock所谓的公平锁，到底公平在哪？？？
—> 从这里我们可以看出来，这里所谓的公平并不是你先尝试获取锁，你就一定会最先获取到锁，而是你最先进入到了Node队列，你最先获取到锁！！！ — 这一点我感觉也是非常非常重要。

要非常注意三点（即我在图中用红色字体写的三句话）：

（1）只有被阻塞的线程才会进入Node链表进行排队 —> 也就是说获得锁的线程不会参与排队
（2）head节点的Thread永远为null —》也就是Node链表中的第2个节点是最先进行排队的线程
（3）当一个线程发现前面有Node时，它会直接排在队尾 —》也就是说当线程3、4。。刚进入addWaiter方法要排队时，直接就一个个往后排，不用再进enq方法了

本文后面的内容都假设t2的Node排在了队列第2的位置。

2.2 线程 t2、t3、t4…入队后 —》自旋 + park

其实这两点应该可以很容易的想到：

（1）前面入队只是为了让线程按照先后顺序被唤醒，但是要想阻塞线程，肯定还是得让其进行park
（2）但是因为线程的park和unpark肯定要涉及到用户态和内核态的来回切换，所以在真正的进行park之前先去自旋一下看一看前面的线程是不是已经释放锁了—> 这样就有可能不用真正的park了。

该逻辑在前面讲JDK1.6对synchronized关键字的优化《【并发编程】 — synchronized锁的升级过程 + JDK1.6对synchronized关键字的其他优化简介》时也讲到过 — 但由于没法调试，我们其实很难真正去了解它到底是怎么实现的。

接下来我们从源码角度看看Doug Lea大神的具体实现方式。

2.2.1 前置知识 — Node数据结构介绍

在介绍Doug Lea大神的具体实现方式之前先来介绍一下Node的具体数据结构，因为只有知道了里面的一个变量waitStatus，才能更好的明白其实现原理。
Node的结构如下：
**加粗样式**
概括起来可以分为三个部分

（1）线程的2种等待模式：
- SHARED：表示线程以共享的模式等待锁（如ReadLock）
- EXCLUSIVE：表示线程以互斥的模式等待锁（如ReetrantLock），互斥就是一把锁只能由一个线程持有，不能同时存在多个线程使用同一个锁
（2）线程在队列中的状态枚举：
- CANCELLED：值为1，表示线程的获锁请求已经“取消”
- SIGNAL：值为-1，表示该线程一切都准备好了,就等待锁空闲出来给我
- CONDITION：值为-2，表示线程等待某一个条件（Condition）被满足 —》相当于wait、notify/notifyAll的用法
- PROPAGATE：值为-3，当线程处在“SHARED”模式时，该字段才会被使用上
- 初始化Node对象时，默认为0
（3）成员变量：
- waitStatus：该int变量表示线程在队列中的状态，其值就是上述提到的CANCELLED、SIGNAL、CONDITION、PROPAGATE
- prev：该变量类型为Node对象，表示该节点的前一个Node节点（前驱）
- next：该变量类型为Node对象，表示该节点的后一个Node节点（后继）
- thread：该变量类型为Thread对象，表示该节点的代表的线程
- nextWaiter：该变量类型为Node对象，表示等待condition条件的Node节点

注意： 只有未获得锁，或者说被阻塞的方法才会进入Node链表中，已经获得锁的线程肯定不会进入Node链表。

知道了Node的数据结构之后，还必须知道Reentrantlock的公平锁和和非公平锁都是独占锁 —》因此在不涉及到线程交互的情况下，公平锁的waitStatus只可能有三个值，即1 --- CANCELLED、-1 --- SIGNAL 和 0 ---初始化Node时的默认值。 —> 这一点务必要记住！

2.2.2 线程 t2、t3、t4…入队后 —》自旋 + park的具体流程

具体流程总结如下：
在这里插入图片描述

3 Reentrantlock公平锁加锁过程总结

自认为Reentrantlock公平锁的加锁过程被我这么一总结，还挺好理解的(☆_☆) ，为了更深刻一些，这里再做一个总结：
在这里插入图片描述
如果让我再用几句更简单的话来总结的话，我会这样进行总结：

（1）排队时，队首肯定是一个Thread为null的Node，其他线程的Node每次入队时都排在队尾（并维护双向链表关系）
（2）自旋 + park的过程 —》如上图，哈哈哈！！！

end！