释放锁流程源码剖析

1 释放锁流程概述

ReentrantLock的unlock()方法不区分公平锁还是非公平锁。

• 首先调用unlock()方法。

• unlock()底层使用的是Sync.release(1)方法

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

 release(1)方法会调用tryRelease(1)去尝试解锁。

public final boolean release(int arg) {
   //尝试释放锁
     if (tryRelease(arg)) {
         Node h = head;
         if (h != null && h.waitStatus != 0)
            //如果释放锁成功，而且等待队列不为空，且有一个以上的等待线程
            //因为只有下一个线程才能将前一个线程的waitStatus的状态改为-1，head表示当前执行的线程
            //当head不为空，且waitStatus ！=0说明有等待线程初始化了等待队列，且将持有锁线程的
            //等待状态改为了-1，必然存在等待线程，将队头的第一个唤醒
             unparkSuccessor(h);
         return true;
     }
     return false;
 }

 tryRelease(arg)尝试释放锁

@ReservedStackAccess
    protected final boolean tryRelease(int releases) {
        //释放一次锁，就将重入的次数减掉1
        int c = getState() - releases;
        if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
            throw new IllegalMonitorStateException();
        boolean free = false;
        //如果锁得状态为1，则表示锁真正被释放了，将持有锁的线程置为null
        if (c == 0) {
            free = true;
            setExclusiveOwnerThread(null);
        }
        //否则，锁依然被持有，因为该锁被持锁线程重入了多次
        setState(c);
        return free;
    }

 如果tryRelease(）释放锁成功，且判断等待队列确实有阻塞线程，则尝试唤醒

private void unparkSuccessor(Node node) {
    //如果等待的线程状态<0，SIGNAL，将其设为0
     int ws = node.waitStatus;
     if (ws < 0)
         node.compareAndSetWaitStatus(ws, 0);
     Node s = node.next;
     //找一个符合条件，即真正在阻塞睡眠的线程
     if (s == null || s.waitStatus > 0) {
         s = null;
         for (Node p = tail; p != node && p != null; p = p.prev)
             if (p.waitStatus <= 0)
                 s = p;
     }
     //找到后，将其唤醒。有个疑问，头节点不变化嘛？？？
     if (s != null)
         LockSupport.unpark(s.thread);
 }

 回答自己的疑问，为啥没有操作头节点呢？这是因为唤醒阻塞的第一个线程后，它会重新去获取锁，而不是直接将锁分配给它。

 final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
     boolean interrupted = false;
     try {
         for (;;) {
             final Node p = node.predecessor();
             if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                 setHead(node);
                 p.next = null; // help GC
                 return interrupted;
             }
             if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node))
             //从此处被唤醒后，重新进行循环，尝试去争抢锁，如果没抢到，则继续阻塞(非公平的时候)
             //当刚被唤醒，循环一次，此时p==head，同时如果tryAcquire(1)去获得锁，
             //如果获得成功将自己设置为head，
             //如果获得锁失败，则自己再自旋一次(因为在释放锁的时候，head的ws又重置为0了).
             //如果还是失败，则自己再次park()睡眠
                 interrupted |= parkAndCheckInterrupt();
         }
     } catch (Throwable t) {
         cancelAcquire(node);
         if (interrupted)
             selfInterrupt();
         throw t;
     }
 }

2 释放锁源码分析

public void unlock() {
// 释放锁资源不分为公平锁和非公平锁，都是一个sync对象
sync.release(1);
}
// 释放锁的核心流程
public final boolean release(int arg) {
// 核心释放锁资源的操作之一
if (tryRelease(arg)) {
// 如果锁已经释放掉了，走这个逻辑
Node h = head;
// h不为null，说明有排队的（录课时估计脑袋蒙圈圈。）
// 如果h的状态不为0（为-1），说明后面有排队的Node，并且线程已经挂起了。
if (h != null && h.waitStatus != 0)
 // 唤醒排队的线程
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
// ReentrantLock释放锁资源操作
protected final boolean tryRelease(int releases) {
// 拿到state - 1（并没有赋值给state）
int c = getState() - releases;
// 判断当前持有锁的线程是否是当前线程，如果不是，直接抛出异常
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
// free，代表当前锁资源是否释放干净了。
boolean free = false;
if (c == 0) {
// 如果state - 1后的值为0，代表释放干净了。
free = true;
// 将持有锁的线程置位null
setExclusiveOwnerThread(null);
}
// 将c设置给state
setState(c);
// 锁资源释放干净返回true，否则返回false
return free;
}
// 唤醒后面排队的Node
private void unparkSuccessor(Node node) {
// 拿到头节点状态
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)
// 先基于CAS，将节点状态从-1，改为0
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
// 拿到头节点的后续节点。
Node s = node.next;
// 如果后续节点为null或者，后续节点的状态为1，代表节点取消了。
if (s == null || s.waitStatus > 0) {
s = null;
// 如果后续节点为null，或者后续节点状态为取消状态，从后往前找到一个有效节点环境
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
// 从后往前找到状态小于等于0的节点
// 找到离head最新的有效节点，并赋值给s
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
// 只要找到了这个需要被唤醒的节点，执行unpark唤醒
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread);
}

3 AQS常见的问题

3.1 AQS中为什么要有一个虚拟的head节点

        因为AQS提供了ReentrantLock的基本实现，而在ReentrantLock释放锁资源时，需要去考虑是否需要执行unparkSuccessor方法，去唤醒后继节点。
        因为Node中存在waitStatus的状态，默认情况下状态为0，如果当前节点的后继节点线程挂起了，那么就将当前节点的状态设置为-1。这个-1状态的出现是为了避免重复唤醒或者释放资源的问题。
        因为AQS中排队的Node中的线程如果挂起了，是无法自动唤醒的。需要释放锁或者释放资源后，再被释放的线程去唤醒挂起的线程。 因为唤醒节点需要从整个AQS双向链表中找到离head最近的有效节点去唤醒。而这个找离head最近的Node可能需要遍历整个双向链表。如果AQS中，没有挂起的线程，代表不需要去遍历AQS双向链表去找离head最近的有效节点。为了避免出现不必要的循环链表操作，提供了一个-1的状态。如果只有一个Node进入到AQS中排队，所以发现如果是第一个Node进来，他必须先初始化一个虚拟的head节点作为头，来监控后继节点中是否有挂起的线程。

3. 2 AQS中为什么选择使用双向链表，而不是单向链表

        首先AQS中一般是存放没有获取到资源的Node，而在竞争锁资源时，ReentrantLock提供了一个方法，lockInterruptibly方法，也就是线程在竞争锁资源的排队途中，允许中断。中断后会执行cancelAcquire方法，从而将当前节点状态置位1，并且从AQS队列中移除掉。如果采用单向链表，当前节点只能按到后继或者前继节点，这样是无法将前继节点指向后继节点的，需要遍历整个
AQS从头或者从尾去找。单向链表在移除AQS中排队的Node时，成本很高。
        当前在唤醒后继节点时，如果是单向链表也会出问题，因为节点插入方式的问题，导致只能单向的去找有效节点去唤醒，从而造成很多次无效的遍历操作，如果是双向链表就可以解决这个问题。