[Java知识库]第八章 - 共享模型之JUC

第八章 - 共享模型之JUC

AQS 原理

概述

全称是 AbstractQueuedSynchronizer，是阻塞式锁和相关的同步器工具的框架

特点：

• 用 state 属性来表示资源的状态（分独占模式和共享模式），子类需要定义如何维护这个状态，控制如何获取锁和释放锁
  • getState - 获取 state 状态
  • setState - 设置 state 状态
  • compareAndSetState - CAS 机制设置 state 状态
  • 独占模式是只有一个线程能够访问资源，而共享模式可以允许多个线程访问资源
• 提供了基于 FIFO (先进先出) 的等待队列，类似于 Monitor 的 EntryList
• 条件变量来实现等待、唤醒机制，支持多个条件变量，类似于 Monitor 的 WaitSet

子类主要实现这样一些方法（默认抛出 UnsupportedOperationException）

• tryAcquire
• tryRelease
• tryAcquireShared
• tryReleaseShared
• isHeldExclusively

获取锁的姿势

// 如果获取锁失败
if (!tryAcquire(arg)) {
  // 入队, 可以选择阻塞当前线程 park unpark
}

获取锁的姿势

// 如果释放锁成功
if (tryRelease(arg)) {
  // 让阻塞线程恢复运行
}

实现不可重入锁

下面实现一个不可重入的阻塞式锁：使用AbstractQueuedSynchronizer自定义一个同步器来实现自定义锁！

/**
 * @author xiexu
 * @date 2022/2/14 10:52
 */
@Slf4j(topic = "c.TestAQS")
@SuppressWarnings("all")
public class TestAqs {

    public static void main(String[] args) {
        MyLock lock = new MyLock();
        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                log.debug("locking...");
                Sleeper.sleep(2);
            } finally {
                log.debug("unlocking...");
                lock.unlock();
            }
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            try {
                log.debug("locking...");
            } finally {
                log.debug("unlocking...");
                lock.unlock();
            }
        }, "t2").start();
    }

}

// 自定义锁（不可重入锁）
class MyLock implements Lock {

    // 独占锁  同步器类
    class MySync extends AbstractQueuedSynchronizer {

        @Override // 尝试获取锁
        protected boolean tryAcquire(int arg) {
            // 确保原子性，如果当前State是0，就将其设置为1，表示获得了锁
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                // 加上了锁，并设置 owner 为当前线程
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true; // 成功获取到锁返回true
            }
            // 返回false表示加锁失败
            return false;
        }

        @Override // 尝试释放锁
        protected boolean tryRelease(int arg) {
            // 这里不需要确定原子性, 因为是持锁者进行释放
            // 把setExclusiveOwnerThread(null)放在setState(0)前面, 是为了防止指令重排序带来的问题
            setExclusiveOwnerThread(null); // 表示没有线程占用
            setState(0); // state是volatile修饰的, 在setState(0)前面的属性修改, 对于其他线程也是可见的, 具体见volatile原理(写屏障)
            return true;
        }

        @Override // 是否持有独占锁
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getState() == 1;
        }

        // 创建条件变量
        public Condition newCondition() {
            return new ConditionObject();
        }

    }

    // 同步器类对象
    private MySync sync = new MySync();

    @Override // 加锁（不成功会进入等待队列）
    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    @Override // 加锁，可打断
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireInterruptibly(1);
    }

    @Override // 尝试加锁（尝试一次）
    public boolean tryLock() {
        return sync.tryAcquire(1);
    }

    @Override // 尝试加锁（带超时）
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(time));
    }

    @Override // 解锁
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    @Override // 创建条件变量
    public Condition newCondition() {
        return sync.newCondition();
    }

}

不可重入测试

• 如果改为下面代码，会发现自己也会被挡住（只会打印一次 locking）

public static void main(String[] args) {

        MyLock lock = new MyLock();
        new Thread(() -> {
            lock.lock();
            log.debug("locking...");
            // 不可重入锁, 同一线程在锁释放前, 只能加一次锁
            lock.lock();
            log.debug("locking...");
            try {
                log.debug("locking...");
                Sleeper.sleep(2);
            } finally {
                log.debug("unlocking...");
                lock.unlock();
            }
        }, "t1").start();

    }

ReentrantLock 原理

• ReentrantLock提供了两个同步器，实现公平锁和非公平锁，默认是非公平锁！

非公平锁实现原理

加锁解锁流程

先从构造器开始看，默认为非公平锁实现

public ReentrantLock() {
  sync = new NonfairSync();
}

NonfairSync 继承自 AQS

• 没有竞争时
  • Thread-0成为锁的持有者

• 第一个竞争出现时，查看源码的NonfairSync的lock方法

**new NonfairSync( );源码

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

    /**
     * Performs lock.  Try immediate barge, backing up to normal
     * acquire on failure.
     */
    final void lock() {
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            acquire(1);
    }

    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        return nonfairTryAcquire(acquires);
    }
}

**acquire( )源码

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

Thread-1 执行了

• lock方法中 CAS 尝试将 state 由 0 改为 1，结果失败 (因为此时CAS操作, 已经state已经为1了)
• lock方法中进一步调用acquire方法，进入 tryAcquire 逻辑，这里我们认为这时 state 已经是1，结果仍然失败
• 接下来进入 acquire方法的addWaiter 逻辑，构造 Node 队列 (双向链表实现)
  • 下图中黄色三角表示该 Node 的waitStatus状态，其中 0 为默认正常状态
  • Node 的创建是懒惰的
  • 其中第一个 Node 称为 Dummy（虚拟头结点）或哨兵，用来占位，并不关联线程

当前线程进入 acquire方法的 acquireQueued 逻辑

1. acquireQueued 会在一个死循环中不断尝试获得锁，失败后进入 park 阻塞
2. 如果自己是紧邻着 head（排第二位，第一位是虚拟头结点），那么再次 tryAcquire 尝试获取锁，我们这里设置这时 state 仍为 1，失败
3. 进入 shouldParkAfterFailedAcquire 逻辑，将前驱 node，即 head (dummy) 的 waitStatus 改为 -1，这次返回 false

**acquireQueued( )源码

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

1. shouldParkAfterFailedAcquire 执行完毕回到 acquireQueued ，再次 tryAcquire 尝试获取锁，当然这时 state 仍为 1，失败
2. 当再次进入 shouldParkAfterFailedAcquire 时，这时因为其前驱 node(dummy) 的 waitStatus 已经是 -1，这次返回 true
3. 进入parkAndCheckInterrupt， Thread-1 park（灰色表示已经阻塞）

1. 再次有多个线程经历上述过程竞争失败，变成这个样子

• Thread-0 调用unlock方法(在ReentrantLock里面)里的release方法释放锁，进入tryRelease流程，如果成功，设置 exclusiveOwnerThread 为 null，state = 0

unlock、release源码

public void unlock() {
    sync.release(1);
}

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

tryRelease( )源码

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;
      // 锁的拥有者置空
        setExclusiveOwnerThread(null);
    }
  // 此时state 设置为0
    setState(c);
    return free;
}

• unlock方法里的release方法方法中，如果当前队列不为 null，并且 head 的 waitStatus = -1，进入 unparkSuccessor 流程： unparkSuccessor中会找到队列中离 head 最近的一个 Node（没取消的，也就是Thread-1），unpark 唤醒Thread-1 恢复其运行，本例中即为 Thread-1 回到 Thread-1 阻塞的位置继续执行, 会继续执行 acquireQueued 流程

• 如果加锁成功（没有竞争），会设置 （acquireQueued 方法中）
  • exclusiveOwnerThread 为 Thread-1，state = 1
  • head 指向刚刚 Thread-1 所在的 Node，该 Node 清空 Thread
  • 原本的 head 因为从链表断开，而可被垃圾回收
• 如果这时候有其它线程来竞争（非公平的体现），例如这时有 Thread-4 来了

• 如果不巧又被 Thread-4 占了先
  • Thread-4 被设置为 exclusiveOwnerThread，state = 1
  • Thread-1 再次进入 acquireQueued 流程，获取锁失败，重新进入 park 阻塞

加锁源码

// Sync 继承自 AQS
static final class NonfairSync extends Sync {
    private static final long serialVersionUID = 7316153563782823691L;

     // 加锁实现
    final void lock() {
        // 首先用 cas 尝试（仅尝试一次）将 state 从 0 改为 1, 如果成功表示获得了独占锁
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            // 如果尝试失败，进入 ㈠
            acquire(1);
    }

    // ㈠ AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    public final void acquire(int arg) {
        // ㈡ tryAcquire
        if (
                !tryAcquire(arg) &&
            	// 当 tryAcquire 返回为 false 时, 先调用 addWaiter ㈣, 接着 acquireQueued ㈤
                 acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)
        ) {
            selfInterrupt();
        }
    }

    // ㈡ 进入 ㈢
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        return nonfairTryAcquire(acquires);
    }

    // ㈢ Sync 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        // 如果还没有获得锁
        if (c == 0) {
            // 尝试用 cas 获得, 这里体现了非公平性: 不去检查 AQS 队列
            if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                setExclusiveOwnerThread(current);
                return true;
            }
        }
        // 如果已经获得了锁, 线程还是当前线程, 表示发生了锁重入
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            // state++
            int nextc = c + acquires;
            if (nextc < 0) // overflow
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            setState(nextc);
            return true;
        }
        // 获取失败, 回到调用处
        return false;
    }

    // ㈣ AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    private Node addWaiter(Node mode) {
// 将当前线程关联到一个 Node 对象上, 模式为独占模式，新建的Node的waitstatus默认为0，因为waitstatus是成员变量，默认被初始化为0
        Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
        // 如果 tail 不为 null, cas 尝试将 Node 对象加入 AQS 队列尾部
        Node pred = tail;
        if (pred != null) {
            node.prev = pred;
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                // 双向链表
                pred.next = node;
                return node;
            }
        }
        //如果tail为null，尝试将 Node 加入 AQS, 进入 ㈥
        enq(node);
        return node;
    }

    // ㈥ AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    private Node enq(final Node node) {
        for (;;) {
            Node t = tail;
            if (t == null) {
                // 还没有, 设置 head 为哨兵节点（不对应线程，状态为 0）
                if (compareAndSetHead(new Node())) {
                    tail = head;
                }
            } else {
                // cas 尝试将 Node 对象加入 AQS 队列尾部
                node.prev = t;
                if (compareAndSetTail(t, node)) {
                    t.next = node;
                    return t;
                }
            }
        }
    }

    // ㈤ AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true;
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                // 上一个节点是 head, 表示轮到自己（当前线程对应的 node）了, 尝试获取
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    // 获取成功, 设置自己（当前线程对应的 node）为 head
                    setHead(node);
                    // 上一个节点 help GC
                    p.next = null;
                    failed = false;
                    // 返回中断标记 false
                    return interrupted;
                }
                if (
                    // 判断是否应当 park, 进入 ㈦
                    shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    // park 等待, 此时 Node 的状态被置为 Node.SIGNAL ㈧
                    parkAndCheckInterrupt()
                ) {
                    interrupted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

    // ㈦ AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
        // 获取上一个节点的状态
        int ws = pred.waitStatus;
        if (ws == Node.SIGNAL) {
            // 上一个节点都在阻塞, 那么自己也阻塞好了
            return true;
        }
        // > 0 表示取消状态
        if (ws > 0) {
            // 上一个节点取消, 那么重构删除前面所有取消的节点, 返回到外层循环重试
            do {
                node.prev = pred = pred.prev;
            } while (pred.waitStatus > 0);
            pred.next = node;
        } else {
            // 这次还没有阻塞
            // 但下次如果重试不成功, 则需要阻塞，这时需要设置上一个节点状态为 Node.SIGNAL
            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
        }
        return false;
    }

    // ㈧ 阻塞当前线程
    private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        LockSupport.park(this);
        return Thread.interrupted();
    }
}

解锁源码

// Sync 继承自 AQS
static final class NonfairSync extends Sync {
    // 解锁实现
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }

    // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    public final boolean release(int arg) {
        // 尝试释放锁, 进入 ㈠
        if (tryRelease(arg)) {
            // 队列头节点 unpark
            Node h = head;
            if (
                // 队列不为 null
                h != null &&
                // waitStatus == Node.SIGNAL 才需要 unpark
                h.waitStatus != 0
            ) {
                // unpark AQS 中等待的线程, 进入 ㈡
                unparkSuccessor(h);
            }
            return true;
        }
        return false;
    }

    // ㈠ Sync 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    protected final boolean tryRelease(int releases) {
        // state--
        int c = getState() - releases;
        if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        boolean free = false;
        // 支持锁重入, 只有 state 减为 0, 才释放成功
        if (c == 0) {
            free = true;
            setExclusiveOwnerThread(null);
        }
        setState(c);
        return free;
    }

    // ㈡ AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    private void unparkSuccessor(Node node) {
        // 如果状态为 Node.SIGNAL 尝试重置状态为 0, 如果线程获取到了锁那么后来头结点会被抛弃掉
        // 不成功也可以
        int ws = node.waitStatus;
        if (ws < 0) {
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
        }
        // 找到需要 unpark 的节点, 但本节点从 AQS 队列中脱离, 是由唤醒节点完成的
        Node s = node.next;
        // 不考虑已取消的节点, 从 AQS 队列从后至前找到队列最前面需要 unpark 的节点
        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);
    }
}

可重入原理

同一个线程, 锁重入, 会对state进行自增. 释放锁的时候, state进行自减; 当state自减为0的时候. 此时线程才会将锁释放成功, 才会进一步去唤醒其他线程来竞争锁

static final class NonfairSync extends Sync {
    // ...

    // Sync 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        if (c == 0) {
            if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                setExclusiveOwnerThread(current);
                return true;
            }
        }
        // 如果已经获得了锁, 线程还是当前线程, 表示发生了锁重入
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            // state++
            int nextc = c + acquires;
            if (nextc < 0) // overflow
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            setState(nextc);
            return true;
        }
        return false;
    }

    // Sync 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    protected final boolean tryRelease(int releases) {
        // state--
        int c = getState() - releases;
        if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        boolean free = false;
        // 支持锁重入, 只有 state 减为 0, 才释放成功
        if (c == 0) {
            free = true;
            setExclusiveOwnerThread(null);
        }
        setState(c);
        return free;
    }
}

可打断原理

不可打断模式

在此模式下，即使它被打断，仍会驻留在 AQS 队列中，一直要等到获得锁后方能得知自己被打断了

// Sync 继承自 AQS
static final class NonfairSync extends Sync {
    // ...

    private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        // 如果打断标记已经是 true, 则 park 会失效
        // 被park阻塞的线程, 可以被别的线程调用它的interrupt方法打断该park阻塞
        LockSupport.park(this);
        // interrupted 会清除打断标记; 下次park仍然可以阻塞
        return Thread.interrupted();
    }

    final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true;
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    setHead(node);
                    p.next = null;
                    failed = false;
                    // 还是需要获得锁后, 才能返回打断状态
                    return interrupted;
                }
                if (
                        shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                                parkAndCheckInterrupt()
                ) {
                    // 如果是因为 interrupt 被唤醒, 返回打断状态为 true
                    interrupted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

    public final void acquire(int arg) {
        if (
                !tryAcquire(arg) &&
                        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)
        ) {
            // 如果打断状态为 true
            selfInterrupt();
        }
    }

    static void selfInterrupt() {
        // 重新产生一次中断，这时候线程是如果正常运行的状态，那么不是出于sleep等状态，interrupt方法就不会报错
        Thread.currentThread().interrupt();
    }
}
}

可打断模式

static final class NonfairSync extends Sync {
    public final void acquireInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
        // 如果没有获得到锁, 进入 ㈠
        if (!tryAcquire(arg))
            doAcquireInterruptibly(arg);
    }

    // ㈠ 可打断的获取锁流程
    private void doAcquireInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
        final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);
        boolean failed = true;
        try {
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return;
                }
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                        parkAndCheckInterrupt()) {
                    // 在 park 过程中如果被 interrupt 会进入此
                    // 这时候抛出异常, 而不会再次进入 for (;;)
                    throw new InterruptedException();
                }
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }
}

公平锁实现原理

看AQS队列中, 自己(线程) 有没有前驱节点(这个节点是指线程，而不是占位的哨兵节点); 如果有就不去竞争锁；如果没有, 才会去CAS操作

if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}

static final class FairSync extends Sync {
    private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;
    final void lock() {
        acquire(1);
    }

    // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    public final void acquire(int arg) {
        if (
                !tryAcquire(arg) &&
                        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)
        ) {
            selfInterrupt();
        }
    }
    // 与非公平锁主要区别在于 tryAcquire 方法的实现
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        if (c == 0) {
            // 先检查 AQS 队列中是否有前驱节点, 没有才去竞争
            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;
    }

    // ㈠ AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    public final boolean hasQueuedPredecessors() {
        Node t = tail;
        Node h = head;
        Node s;
        // h != t 时表示队列中有 Node
        return h != t &&
                (
                        // (s = h.next) == null 表示队列中还有没有老二
                        (s = h.next) == null || // 或者队列中老二线程不是此线程
                                s.thread != Thread.currentThread()
                );
    }
}

条件变量实现原理

每个条件变量其实就对应着一个等待队列，其实现类是 ConditionObject

await 流程

• 开始 Thread-0 持有锁，conditionObject 对象调用?await，进入 ConditionObject的?addConditionWaiter流程
• 创建新的 Node 状态为?-2（Node.CONDITION），关联 Thread-0，加入等待队列尾部

• 接下来进入 AQS 的?fullyRelease流程，释放同步器上的所有的锁 (因为线程可能发生可重入, 锁有很多层)

• unparkSuccessor(h);?—> unpark唤醒 AQS 队列中的下一个节点，竞争锁，假设没有其他竞争线程，那么?Thread-1竞争成功

• LockSupport.park(this); —> park 阻塞 Thread-0

signal 流程

• 假设 Thread-1 要来唤醒 Thread-0

// 如果没有持有锁，会抛出异常 --> 这里表示Thread-1要持有锁, 才可以去条件变量中去唤醒等待的线程
        if (!isHeldExclusively())

• 进入 ConditionObject 的 doSignal 流程，取得等待队列中第一个 Node，即 Thread-0 所在 Node

private void doSignal(Node first) {
    do {
    	// 去firstWaiter条件变量中将等待的线程拿出来.
        if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
            lastWaiter = null;
        first.nextWaiter = null;
        // 转移到AQS的队列中, 等待竞争锁
    } while (!transferForSignal(first) &&
             (first = firstWaiter) != null);
}

• 执行?transferForSignal流程，将该 Node 加入 AQS 队列尾部，将 Thread-0 waitStatus 改为 0，Thread-3 的waitStatus 改为 -1, 改为-1就有责任去唤醒自己的后继节点

final boolean transferForSignal(Node node) {
    /*
     * If cannot change waitStatus, the node has been cancelled.
     */
  // 先把状态码从等待状态-2改为队列状态0
    if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
        return false;

    /*
     * Splice onto queue and try to set waitStatus of predecessor to
     * indicate that thread is (probably) waiting. If cancelled or
     * attempt to set waitStatus fails, wake up to resync (in which
     * case the waitStatus can be transiently and harmlessly wrong).
     */
  // 进入队列的尾部
    Node p = enq(node);
  // 返回它前驱节点的状态码
    int ws = p.waitStatus;
  // 试图把前驱节点的状态码修改为-1，因为要让他之后去唤醒node
    if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
        LockSupport.unpark(node.thread);
    return true;
}

• Thread-1 释放锁，进入 unlock 流程，略

源码分析

public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1173984872572414699L;

    // 第一个等待节点
    private transient Node firstWaiter;

    // 最后一个等待节点
    private transient Node lastWaiter;
    public ConditionObject() { }
    // ㈠ 添加一个 Node 至等待队列
    private Node addConditionWaiter() {
        Node t = lastWaiter;
        // 所有已取消的 Node 从队列链表删除, 见 ㈡
        if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
            unlinkCancelledWaiters();
            t = lastWaiter;
        }
        // 创建一个关联当前线程的新 Node, 添加至队列尾部
        Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
        if (t == null)
            firstWaiter = node;
        else
            t.nextWaiter = node;
        lastWaiter = node;
        return node;
    }
    // 唤醒 - 将没取消的第一个节点转移至 AQS 队列
    private void doSignal(Node first) {
        do {
            // 已经是尾节点了
            if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null) {
                lastWaiter = null;
            }
            first.nextWaiter = null;
        } while (
            // 将等待队列中的 Node 转移至 AQS 队列, 不成功且还有节点则继续循环 ㈢
                !transferForSignal(first) &&
                        // 队列还有节点
                        (first = firstWaiter) != null
        );
    }

    // 外部类方法, 方便阅读, 放在此处
    // ㈢ 如果节点状态是取消, 返回 false 表示转移失败, 否则转移成功
    final boolean transferForSignal(Node node) {
        // 设置当前node状态为0（因为处在队列末尾），如果状态已经不是 Node.CONDITION, 说明被取消了
        if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
            return false;
        // 加入 AQS 队列尾部
        Node p = enq(node);
        int ws = p.waitStatus;
        if (
            // 插入节点的上一个节点被取消
                ws > 0 ||
                        // 插入节点的上一个节点不能设置状态为 Node.SIGNAL
                        !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL)
        ) {
            // unpark 取消阻塞, 让线程重新同步状态
            LockSupport.unpark(node.thread);
        }
        return true;
    }
// 全部唤醒 - 等待队列的所有节点转移至 AQS 队列
private void doSignalAll(Node first) {
    lastWaiter = firstWaiter = null;
    do {
        Node next = first.nextWaiter;
        first.nextWaiter = null;
        transferForSignal(first);
        first = next;
    } while (first != null);
}

    // ㈡
    private void unlinkCancelledWaiters() {
        // ...
    }
    // 唤醒 - 必须持有锁才能唤醒, 因此 doSignal 内无需考虑加锁
    public final void signal() {
        // 如果没有持有锁，会抛出异常
        if (!isHeldExclusively())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        Node first = firstWaiter;
        if (first != null)
            doSignal(first);
    }
    // 全部唤醒 - 必须持有锁才能唤醒, 因此 doSignalAll 内无需考虑加锁
    public final void signalAll() {
        if (!isHeldExclusively())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        Node first = firstWaiter;
        if (first != null)
            doSignalAll(first);
    }
    // 不可打断等待 - 直到被唤醒
    public final void awaitUninterruptibly() {
        // 添加一个 Node 至等待队列, 见 ㈠
        Node node = addConditionWaiter();
        // 释放节点持有的锁, 见 ㈣
        int savedState = fullyRelease(node);
        boolean interrupted = false;
        // 如果该节点还没有转移至 AQS 队列, 阻塞
        while (!isOnSyncQueue(node)) {
            // park 阻塞
            LockSupport.park(this);
            // 如果被打断, 仅设置打断状态
            if (Thread.interrupted())
                interrupted = true;
        }
        // 唤醒后, 尝试竞争锁, 如果失败进入 AQS 队列
        if (acquireQueued(node, savedState) || interrupted)
            selfInterrupt();
    }
    // 外部类方法, 方便阅读, 放在此处
    // ㈣ 因为某线程可能重入，需要将 state 全部释放，获取state，然后把它全部减掉，以全部释放
    final int fullyRelease(Node node) {
        boolean failed = true;
        try {
            int savedState = getState();
            // 唤醒等待队列队列中的下一个节点
            if (release(savedState)) {
                failed = false;
                return savedState;
            } else {
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }
        } finally {
            if (failed)
                node.waitStatus = Node.CANCELLED;
        }
    }
    // 打断模式 - 在退出等待时重新设置打断状态
    private static final int REINTERRUPT = 1;
    // 打断模式 - 在退出等待时抛出异常
    private static final int THROW_IE = -1;
    // 判断打断模式
    private int checkInterruptWhileWaiting(Node node) {
        return Thread.interrupted() ?
                (transferAfterCancelledWait(node) ? THROW_IE : REINTERRUPT) :
                0;
    }
    // ㈤ 应用打断模式
    private void reportInterruptAfterWait(int interruptMode)
            throws InterruptedException {
        if (interruptMode == THROW_IE)
            throw new InterruptedException();
        else if (interruptMode == REINTERRUPT)
            selfInterrupt();
    }
    // 等待 - 直到被唤醒或打断
    public final void await() throws InterruptedException {
        if (Thread.interrupted()) {
            throw new InterruptedException();
        }
        // 添加一个 Node 至等待队列, 见 ㈠
        Node node = addConditionWaiter();
        // 释放节点持有的锁
        int savedState = fullyRelease(node);
        int interruptMode = 0;
        // 如果该节点还没有转移至 AQS 队列, 阻塞
        while (!isOnSyncQueue(node)) {
            // park 阻塞              
            LockSupport.park(this);
            // 如果被打断, 退出等待队列
            if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
                break;
        }
        // 退出等待队列后, 还需要获得 AQS 队列的锁
        if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
            interruptMode = REINTERRUPT;
        // 所有已取消的 Node 从队列链表删除, 见 ㈡
        if (node.nextWaiter != null)
            unlinkCancelledWaiters();
        // 应用打断模式, 见 ㈤
        if (interruptMode != 0)
            reportInterruptAfterWait(interruptMode);
    }
    // 等待 - 直到被唤醒或打断或超时
    public final long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException {
        if (Thread.interrupted()) {
            throw new InterruptedException();
        }
        // 添加一个 Node 至等待队列, 见 ㈠
        Node node = addConditionWaiter();
        // 释放节点持有的锁
        int savedState = fullyRelease(node);
        // 获得最后期限
        final long deadline = System.nanoTime() + nanosTimeout;
        int interruptMode = 0;
        // 如果该节点还没有转移至 AQS 队列, 阻塞
        while (!isOnSyncQueue(node)) {
            // 已超时, 退出等待队列
            if (nanosTimeout <= 0L) {
                transferAfterCancelledWait(node);
                break;
            }
            // park 阻塞一定时间, spinForTimeoutThreshold 为 1000 ns
            if (nanosTimeout >= spinForTimeoutThreshold)
                LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);
            // 如果被打断, 退出等待队列
            if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
                break;
            nanosTimeout = deadline - System.nanoTime();
        }
        // 退出等待队列后, 还需要获得 AQS 队列的锁
        if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
            interruptMode = REINTERRUPT;
        // 所有已取消的 Node 从队列链表删除, 见 ㈡
        if (node.nextWaiter != null)
            unlinkCancelledWaiters();
        // 应用打断模式, 见 ㈤
        if (interruptMode != 0)
            reportInterruptAfterWait(interruptMode);
        return deadline - System.nanoTime();
    }
    // 等待 - 直到被唤醒或打断或超时, 逻辑类似于 awaitNanos
    public final boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException {
        // ...
    }
    // 等待 - 直到被唤醒或打断或超时, 逻辑类似于 awaitNanos
    public final boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        // ...
    }
    // 工具方法 省略 ...
}

读写锁

ReentrantReadWriteLock

• 当读操作远远高于写操作时，这时候使用 读写锁 让 读-读 可以并发，提高性能。 类似于数据库中的 select …from … lock in share mode
• 提供一个 数据容器类 内部分别使用读锁保护数据的 read( ) 方法，写锁保护数据的 write( ) 方法

@Slf4j(topic = "c.DataContainer")
class DataContainer {

    private Object data;
    private ReentrantReadWriteLock rw = new ReentrantReadWriteLock();
    // 读锁
    private ReentrantReadWriteLock.ReadLock r = rw.readLock();
    // 写锁
    private ReentrantReadWriteLock.WriteLock w = rw.writeLock();

    public Object read() {
        log.debug("获取读锁...");
        r.lock();
        try {
            log.debug("读取");
            sleep(1);
            return data;
        } finally {
            log.debug("释放读锁...");
            r.unlock();
        }
    }

    public void write() {
        log.debug("获取写锁...");
        w.lock();
        try {
            log.debug("写入");
            sleep(1);
        } finally {
            log.debug("释放写锁...");
            w.unlock();
        }
    }

}

测试 读锁-读锁 可以并发

@Slf4j(topic = "c.TestReadWriteLock")
public class TestReadWriteLock {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        DataContainer dataContainer = new DataContainer();
        new Thread(() -> {
            dataContainer.read();
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {
            dataContainer.read();
        }, "t2").start();
    }

}

测试 读锁-写锁 相互阻塞

@Slf4j(topic = "c.TestReadWriteLock")
public class TestReadWriteLock {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        DataContainer dataContainer = new DataContainer();
        new Thread(() -> {
            dataContainer.read();
        }, "t1").start();

        new Thread(() -> {
            dataContainer.write();
        }, "t2").start();
    }

}

测试 写锁-写锁 相互阻塞

注意事项

• 读锁不支持条件变量，写锁支持条件变量
• 重入时升级不支持：即持有读锁的情况下去获取写锁，会导致获取写锁永久等待

r.lock();
try {
  // ...
  w.lock();
  try {
    // ...
  } finally{ 
    w.unlock();  
  }
} finally{ 
  r.unlock();
}

• 重入时降级支持：即持有写锁的情况下可以去获取读锁

class CachedData {
    Object data;
    // 是否有效，如果失效，需要重新计算 data
    volatile boolean cacheValid;
    final ReentrantReadWriteLock rwl = new ReentrantReadWriteLock();
    void processCachedData() {
        rwl.readLock().lock();
				// 判断数据是否有效
        if (!cacheValid) {
						// 获取写锁前必须先释放读锁
            rwl.readLock().unlock();
            rwl.writeLock().lock();
            try {
								// 判断是否有其它线程已经获取了写锁、更新了缓存, 避免重复更新（双重检查）
                if (!cacheValid) {
                    data = ...
                    cacheValid = true;
                }
								// 写锁释放开之前获取读锁
								// 降级为读锁, 释放写锁, 这样能够让其它线程读取缓存
                rwl.readLock().lock();
            } finally {
                rwl.writeLock().unlock();
            }
        }

      // 拿到读锁，自己用完数据, 释放读锁（防止自己读的时候别人写）
      // ①数据没失效，拿到读锁，可以直接读
      // ②数据失效后，那就重新计算data，然后释放写锁前拿到读锁，继续读
        try {
            use(data);
        } finally {
            rwl.readLock().unlock();
        }
    }
}

StampedLock

概念

该类自 JDK 8 加入，是为了进一步优化读性能，它的特点是在使用读锁、写锁时都必须配合【戳】使用

加解读锁

long stamp = lock.readLock();
lock.unlockRead(stamp);

加解写锁

long stamp = lock.writeLock();
lock.unlockWrite(stamp);

乐观读，StampedLock 支持 tryOptimisticRead() 方法（乐观读），读取完毕后需要做一次 戳校验 如果校验通过，表示这期间确实没有写操作，数据可以安全使用，如果校验没通过，需要重新获取读锁，保证数据安全。

long stamp = lock.tryOptimisticRead();
// 验戳
if(!lock.validate(stamp)){
  // 锁升级
}

示例

提供一个 数据容器类 内部分别使用读锁保护数据的 read( ) 方法，写锁保护数据的 write( ) 方法

@Slf4j(topic = "c.DataContainerStamped")
class DataContainerStamped {
    private int data;
    private final StampedLock lock = new StampedLock();

    public DataContainerStamped(int data) {
        this.data = data;
    }

    public int read(int readTime) {
        long stamp = lock.tryOptimisticRead();
        log.debug("optimistic read locking...{}", stamp);
        sleep(readTime);
        if (lock.validate(stamp)) {
            log.debug("read finish...{}, data:{}", stamp, data);
            return data;
        }
        // 锁升级 - 读锁
        log.debug("updating to read lock... {}", stamp);
        try {
            stamp = lock.readLock();
            log.debug("read lock {}", stamp);
            sleep(readTime);
            log.debug("read finish...{}, data:{}", stamp, data);
            return data;
        } finally {
            log.debug("read unlock {}", stamp);
            lock.unlockRead(stamp);
        }
    }

    public void write(int newData) {
        long stamp = lock.writeLock();
        log.debug("write lock {}", stamp);
        try {
            sleep(2);
            this.data = newData;
        } finally {
            log.debug("write unlock {}", stamp);
            lock.unlockWrite(stamp);
        }
    }
}

应用之缓存

缓存更新策略

更新时，是先清缓存还是先更新数据库

• 先清缓存

• 先更新数据库（推荐）

• 补充一种情况，假设查询线程 A 查询数据时恰好缓存数据由于时间到期失效，或是第一次查询

• 这种情况的出现几率非常小
• 由此可见，要保证这里的数据的一致性，就要保证更新数据库和清除缓存的原子性。

读写锁实现一致性缓存

使用读写锁实现一个简单的按需加载缓存

public class TestGenericDao {
    public static void main(String[] args) {
        GenericDao dao = new GenericDaoCached();
        System.out.println("============> 查询");
        String sql = "select * from emp where empno = ?";
        int empno = 7369;
        Emp emp = dao.queryOne(Emp.class, sql, empno);
        System.out.println(emp);
        emp = dao.queryOne(Emp.class, sql, empno);
        System.out.println(emp);
        emp = dao.queryOne(Emp.class, sql, empno);
        System.out.println(emp);

        System.out.println("============> 更新");
        dao.update("update emp set sal = ? where empno = ?", 800, empno);
        emp = dao.queryOne(Emp.class, sql, empno);
        System.out.println(emp);
    }
}

class GenericDaoCached extends GenericDao {
    private GenericDao dao = new GenericDao();
    private Map<SqlPair, Object> map = new HashMap<>();
		// 读写锁
    private ReentrantReadWriteLock rw = new ReentrantReadWriteLock();

    @Override
    public <T> List<T> queryList(Class<T> beanClass, String sql, Object... args) {
        return dao.queryList(beanClass, sql, args);
    }

    @Override
    public <T> T queryOne(Class<T> beanClass, String sql, Object... args) {
        // 先从缓存中找，找到直接返回
        SqlPair key = new SqlPair(sql, args);;
        rw.readLock().lock();
        try {
            T value = (T) map.get(key);
            if(value != null) {
                return value;
            }
        } finally {
            rw.readLock().unlock();
        }
        rw.writeLock().lock();
        try {
            // 多个线程
            T value = (T) map.get(key);
            if(value == null) {
                // 缓存中没有，查询数据库
                value = dao.queryOne(beanClass, sql, args);
                map.put(key, value);
            }
            return value;
        } finally {
            rw.writeLock().unlock();
        }
    }

    @Override
    public int update(String sql, Object... args) {
        rw.writeLock().lock();
        try {
            // 先更新库
            int update = dao.update(sql, args);
            // 清空缓存
            map.clear();
            return update;
        } finally {
            rw.writeLock().unlock();
        }
    }

    class SqlPair {
        private String sql;
        private Object[] args;

        public SqlPair(String sql, Object[] args) {
            this.sql = sql;
            this.args = args;
        }

        @Override
        public boolean equals(Object o) {
            if (this == o) {
                return true;
            }
            if (o == null || getClass() != o.getClass()) {
                return false;
            }
            SqlPair sqlPair = (SqlPair) o;
            return Objects.equals(sql, sqlPair.sql) &&
                    Arrays.equals(args, sqlPair.args);
        }

        @Override
        public int hashCode() {
            int result = Objects.hash(sql);
            result = 31 * result + Arrays.hashCode(args);
            return result;
        }
    }

}

注意

以上实现体现的是读写锁的应用，保证缓存和数据库的一致性，但有下面的问题没有考虑

• 适合读多写少，如果写操作比较频繁，以上实现性能低
• 没有考虑缓存容量，只存不删
• 没有考虑缓存过期，长期不用的数据没有清理
• 只适合单机，这里是在一个java进程实现的，不适合分布式的
• 并发性还是低，目前只会用一把锁。
  • 如果查询多个表，表1、表2的读写操作不相关，但是由于用的是同一把锁，表1操作时，表2动不了。
• 更新方法太过简单粗暴，清空了所有 key（考虑按类型分区或重新设计 key）
  • 表1的key清空，表2不应该受影响

读写锁原理

图解流程

读写锁用的是同一个 Sycn 同步器，因此等待队列、state 等也是同一个

t1 w.lock，t2 r.lock

• t1 成功上锁，流程与 ReentrantLock 加锁相比没有特殊之处，不同是写锁状态占了 state 的低 16 位，而读锁使用的是 state 的高 16 位

• t2 执行 r.lock，这时进入读锁的 sync.acquireShared(1) 流程，首先会进入 tryAcquireShared 流程。如果有写锁占据，那么 tryAcquireShared 返回 -1 表示失败

tryAcquireShared 返回值表示

• 1 表示失败
• 0 表示成功，但后继节点不会继续唤醒
• 正数表示成功，而且数值是还有几个后继节点需要唤醒，读写锁返回 1

• 这时会进入 sync.doAcquireShared(1) 流程，首先也是调用 addWaiter 添加节点，不同之处在于节点被设置为Node.SHARED 模式而非 Node.EXCLUSIVE 模式，注意此时 t2 仍处于活跃状态

• t2 会看看自己的节点是不是老二，如果是，还会再次调用 tryAcquireShared(1) 来尝试获取锁
• 如果没有成功，在 doAcquireShared 内 for ( ; ; ) 循环一次，把前驱节点的 waitStatus 改为 -1，再 for ( ; ; ) 循环一次尝试 tryAcquireShared(1) 如果还不成功，那么在 parkAndCheckInterrupt( ) 处 park

t3 r.lock，t4 w.lock

这种状态下，假设又有 t3 加读锁和 t4 加写锁，这期间 t1 仍然持有锁，就变成了下面的样子

• 读锁 Share 共享模式
• 写锁 Ex 独占模式

t1 w.unlock

• 这时会走到写锁的 sync.release(1) 流程，调用 sync.tryRelease(1) 成功，变成下面的样子

• 接下来执行唤醒流程 sync.unparkSuccessor，即让老二恢复运行，这时 t2 在 doAcquireShared 内parkAndCheckInterrupt() 处恢复运行
• 这回再来一次 for (; ; ) 执行 tryAcquireShared 成功则让读锁计数加一（即下图代码位置）

• 这时 t2 已经从节点取出来恢复运行，接下来 t2 调用 setHeadAndPropagate(node, 1)，它原本所在节点被置为头节点

• 事情还没完，在 setHeadAndPropagate 方法内还会检查下一个节点是否是 shared，如果是则调用doReleaseShared( ) 将 head 的状态从 -1 改为 0 并唤醒老二，这时 t3 在 doAcquireShared 内parkAndCheckInterrupt( ) 处恢复运行

• 这回再来一次 for ( ; ; ) 执行 tryAcquireShared 成功则让读锁计数加一

• 这时 t3 已经恢复运行，接下来 t3 调用 setHeadAndPropagate(node, 1)，它原本所在节点被置为头节点

• 下一个节点不是 shared 了，因此不会继续唤醒 t4 所在节点

• 可以看到，当下一个节点是share类型的，就会继续执行释放，直到遇到Ex独占型的。这也是读-读可以并发的原因，遇到读锁shared线程就让他执行，然后只是让state++来计数。

t2 r.unlock，t3 r.unlock

• t2 进入 sync.releaseShared(1) 中，调用 tryReleaseShared(1) 让计数减一，但由于计数还不为零

• t3 进入 sync.releaseShared(1) 中，调用 tryReleaseShared(1) 让计数减一，这回计数为零了，进入doReleaseShared( ) 将头节点从 -1 改为 0 并唤醒老二(t4)，即

• 之后 t4 在 acquireQueued 中 parkAndCheckInterrupt 处恢复运行，再次 for ( ; ; ) 这次自己是老二，并且没有其他竞争，tryAcquire(1) 成功，修改头结点，流程结束

源码分析

写锁上锁流程

static final class NonfairSync extends Sync {
    // ... 省略无关代码
		// 外部类 WriteLock 方法, 方便阅读, 放在此处
    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    public final void acquire(int arg) {
        if (
								// 尝试获得写锁失败
                !tryAcquire(arg) &&
												// 将当前线程关联到一个 Node 对象上, 模式为独占模式
												// 进入 AQS 队列阻塞
                        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)
        ) {
            selfInterrupt();
        }
    }

    // Sync 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
				// 获得低 16 位, 代表写锁的 state 计数
        Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        int w = exclusiveCount(c);
        if (c != 0) {
            if (
										// c != 0 and w == 0 表示有读锁, 或者
                    w == 0 ||
														// 如果 exclusiveOwnerThread 不是自己
                            current != getExclusiveOwnerThread()
            ) {
								// 获得写锁失败
                return false;
            }
						// 写锁计数超过低 16 位, 报异常
            if (w + exclusiveCount(acquires) > MAX_COUNT)
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
						// 写锁重入, 获得锁成功
	          // 此时state高位（读锁）为0，直接加1即整体加1
            setState(c + acquires);
            return true;
        }
        if (
								// 判断写锁是否该阻塞, 或者
                writerShouldBlock() ||
												// 尝试更改计数失败
                        !compareAndSetState(c, c + acquires)
        ) {
						// 获得写锁失败
            return false;
        }
				// 获得写锁成功
        setExclusiveOwnerThread(current);
        return true;
    }

    // 非公平锁 writerShouldBlock 总是返回 false, 无需阻塞
    final boolean writerShouldBlock() {
        return false;
    }
}

写锁释放流程

static final class NonfairSync extends Sync {
    // ... 省略无关代码
		// WriteLock 方法, 方便阅读, 放在此处
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }
    // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    public final boolean release(int arg) {
				// 尝试释放写锁成功
        if (tryRelease(arg)) {
						// unpark AQS 中等待的线程
            Node h = head;
            if (h != null && h.waitStatus != 0)
                unparkSuccessor(h);
            return true;
        }
        return false;
    }
    // Sync 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    protected final boolean tryRelease(int releases) {
        if (!isHeldExclusively())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        int nextc = getState() - releases;
				// 因为可重入的原因, 写锁计数为 0, 才算释放成功
        boolean free = exclusiveCount(nextc) == 0;
        if (free) {
						// 把当前锁的持有者设置为 null
            setExclusiveOwnerThread(null);
        }
        setState(nextc);
        return free;
    }
}

读锁上锁流程

static final class NonfairSync extends Sync {
    // ReadLock 方法, 方便阅读, 放在此处
    public void lock() {
        sync.acquireShared(1);
    }
    // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    public final void acquireShared(int arg) {
				// tryAcquireShared 返回负数, 表示获取读锁失败
        if (tryAcquireShared(arg) < 0) {
            doAcquireShared(arg);
        }
    }
    // Sync 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    protected final int tryAcquireShared(int unused) {
			  // 获取当前线程
        Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
				// 如果是其它线程持有写锁, 获取读锁失败
        if (
                exclusiveCount(c) != 0 &&
											  // 或者加写锁的是不是自己
                        getExclusiveOwnerThread() != current
        ) {
            return -1;
        }
        int r = sharedCount(c);
        if (
								// 读锁不该被阻塞(如果老二是写锁，读锁该阻塞), 并且
                !readerShouldBlock() &&
												// 小于读锁计数, 并且
                        r < MAX_COUNT &&
												// 尝试增加计数成功
										    // 只让state的高位（读锁）加1
                        compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)
        ) {
						// ... 省略不重要的代码
            return 1;
        }
        return fullTryAcquireShared(current);
    }
    // 非公平锁 readerShouldBlock 看 AQS 队列中第一个节点是否是写锁
		// true 则该阻塞, false 则不阻塞
    final boolean readerShouldBlock() {
        return apparentlyFirstQueuedIsExclusive();
    }
    // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
		// 与 tryAcquireShared 功能类似, 但会不断尝试 for (;;) 获取读锁, 执行过程中无阻塞
    final int fullTryAcquireShared(Thread current) {
        HoldCounter rh = null;
        for (;;) {
            int c = getState();
            if (exclusiveCount(c) != 0) {
                if (getExclusiveOwnerThread() != current)
                    return -1;
            } else if (readerShouldBlock()) {
								// ... 省略不重要的代码
            }
            if (sharedCount(c) == MAX_COUNT)
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            if (compareAndSetState(c, c + SHARED_UNIT)) {
								// ... 省略不重要的代码
                return 1;
            }
        }
    }
    // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    private void doAcquireShared(int arg) {
				// 将当前线程关联到一个 Node 对象上, 模式为共享模式
        final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
        boolean failed = true;
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
								// 看看自己是不是第二个节点
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head) {
                    // 再一次尝试获取读锁
                    int r = tryAcquireShared(arg);
										// 成功
                    if (r >= 0) {
												// ㈠
												// r 表示可用资源数, 在这里总是 1 允许传播
												//（唤醒 AQS 中下一个 Share 节点）
                        setHeadAndPropagate(node, r);
                        p.next = null; // help GC
                        if (interrupted)
                            selfInterrupt();
                        failed = false;
                        return;
                    }
                }
                if (
												// 是否在获取读锁失败时阻塞（前一个阶段 waitStatus == Node.SIGNAL）
                        shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
																// park 当前线程
                                parkAndCheckInterrupt()
                ) {
                    interrupted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }
    // ㈠ AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
        Node h = head; // Record old head for check below
					// 设置自己为 head
        setHead(node);
				// propagate 表示有共享资源（例如共享读锁或信号量）
				// 原 head waitStatus == Node.SIGNAL 或 Node.PROPAGATE
				// 现在 head waitStatus == Node.SIGNAL 或 Node.PROPAGATE
        if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
                (h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
            Node s = node.next;
						// 如果是最后一个节点或者是等待共享读锁的节点
            if (s == null || s.isShared()) {
								// 进入 ㈡
                doReleaseShared();
            }
        }
    }
    // ㈡ AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    private void doReleaseShared() {
				// 如果 head.waitStatus == Node.SIGNAL ==> 0 成功, 下一个节点 unpark
				// 如果 head.waitStatus == 0 ==> Node.PROPAGATE, 为了解决 bug, 见后面分析
        for (;;) {
            Node h = head;
						// 队列还有节点
            if (h != null && h != tail) {
                int ws = h.waitStatus;
                if (ws == Node.SIGNAL) {
                    if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
                        continue; // loop to recheck cases
										// 下一个节点 unpark 如果成功获取读锁
										// 并且下下个节点还是 shared, 继续 doReleaseShared
                    unparkSuccessor(h);
                }
                else if (ws == 0 &&
                        !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
                    continue; // loop on failed CAS
            }
            if (h == head) // loop if head changed
                break;
        }
    }
}

读锁释放流程

static final class NonfairSync extends Sync {
    // ReadLock 方法, 方便阅读, 放在此处
    public void unlock() {
        sync.releaseShared(1);
    }
    // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    public final boolean releaseShared(int arg) {
        if (tryReleaseShared(arg)) {
            doReleaseShared();
            return true;
        }
        return false;
    }
    // Sync 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    protected final boolean tryReleaseShared(int unused) {
				// ... 省略不重要的代码
        for (;;) {
            int c = getState();
            int nextc = c - SHARED_UNIT;
            if (compareAndSetState(c, nextc)) {
								// 读锁的计数不会影响其它获取读锁线程, 但会影响其它获取写锁线程
								// 计数为 0 才是真正释放
                return nextc == 0;
            }
        }
    }
    // AQS 继承过来的方法, 方便阅读, 放在此处
    private void doReleaseShared() {
				// 如果 head.waitStatus == Node.SIGNAL ==> 0 成功, 下一个节点 unpark
				// 如果 head.waitStatus == 0 ==> Node.PROPAGATE 
        for (;;) {
            Node h = head;
            if (h != null && h != tail) {
                int ws = h.waitStatus;
								// 如果有其它线程也在释放读锁，那么需要将 waitStatus 先改为 0
								// 防止 unparkSuccessor 被多次执行
                if (ws == Node.SIGNAL) {
                    if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
                        continue; // loop to recheck cases
                    unparkSuccessor(h);
                }
								// 如果已经是 0 了，改为 -3，用来解决传播性，见后文信号量 bug 分析
                else if (ws == 0 &&
                        !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
                    continue; // loop on failed CAS
            }
            if (h == head) // loop if head changed
                break;
        }
    }
}