深入浅析Java中concurrency的公平锁

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释放公平锁(基于JDK1.7.0_40)

1. unlock()

unlock()在ReentrantLock.java中实现的，源码如下：

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

说明：

unlock()是解锁函数，它是通过AQS的release()函数来实现的。
在这里，“1”的含义和“获取锁的函数acquire(1)的含义”一样，它是设置“释放锁的状态”的参数。由于“公平锁”是可重入的，所以对于同一个线程，每释放锁一次，锁的状态-1。

关于AQS, ReentrantLock 和 sync的关系如下：

public class ReentrantLock implements Lock, java.io.Serializable {

  private final Sync sync;

  abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
    ...
  }

  ...
}

从中，我们发现：sync是ReentrantLock.java中的成员对象，而Sync是AQS的子类。

2. release()

release()在AQS中实现的，源码如下：

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

说明：

release()会先调用tryRelease()来尝试释放当前线程锁持有的锁。成功的话，则唤醒后继等待线程，并返回true。否则，直接返回false。

3. tryRelease()

tryRelease()在ReentrantLock.java的Sync类中实现，源码如下：

protected final boolean tryRelease(int releases) {
  // c是本次释放锁之后的状态
  int c = getState() - releases;
  // 如果“当前线程”不是“锁的持有者”，则抛出异常！
  if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
    throw new IllegalMonitorStateException();

  boolean free = false;
  // 如果“锁”已经被当前线程彻底释放，则设置“锁”的持有者为null，即锁是可获取状态。
  if (c == 0) {
    free = true;
    setExclusiveOwnerThread(null);
  }
  // 设置当前线程的锁的状态。
  setState(c);
  return free;
}

说明：

tryRelease()的作用是尝试释放锁。
(01) 如果“当前线程”不是“锁的持有者”，则抛出异常。
(02) 如果“当前线程”在本次释放锁操作之后，对锁的拥有状态是0(即，当前线程彻底释放该“锁”)，则设置“锁”的持有者为null，即锁是可获取状态。同时，更新当前线程的锁的状态为0。
getState(), setState()在前一章已经介绍过，这里不再说明。
getExclusiveOwnerThread(), setExclusiveOwnerThread()在AQS的父类AbstractOwnableSynchronizer.java中定义，源码如下：

public abstract class AbstractOwnableSynchronizer
  implements java.io.Serializable {

  // “锁”的持有线程
  private transient Thread exclusiveOwnerThread;

  // 设置“锁的持有线程”为t
  protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread t) {
    exclusiveOwnerThread = t;
  }

  // 获取“锁的持有线程”
  protected final Thread getExclusiveOwnerThread() {
    return exclusiveOwnerThread;
  }
  
  ...
}

4. unparkSuccessor()

在release()中“当前线程”释放锁成功的话，会唤醒当前线程的后继线程。
根据CLH队列的FIFO规则，“当前线程”(即已经获取锁的线程)肯定是head；如果CLH队列非空的话，则唤醒锁的下一个等待线程。

下面看看unparkSuccessor()的源码，它在AQS中实现。

private void unparkSuccessor(Node node) {
  // 获取当前线程的状态
  int ws = node.waitStatus;
  // 如果状态<0，则设置状态=0
  if (ws < 0)
    compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

  //获取当前节点的“有效的后继节点”，无效的话，则通过for循环进行获取。
  // 这里的有效，是指“后继节点对应的线程状态<=0”
  Node s = node.next;
  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;
  }
  // 唤醒“后继节点对应的线程”
  if (s != null)
    LockSupport.unpark(s.thread);
}

说明：

unparkSuccessor()的作用是“唤醒当前线程的后继线程”。后继线程被唤醒之后，就可以获取该锁并恢复运行了。

关于node.waitStatus的说明，请参考“上一章关于Node类的介绍”。

总结

“释放锁”的过程相对“获取锁”的过程比较简单。释放锁时，主要进行的操作，是更新当前线程对应的锁的状态。如果当前线程对锁已经彻底释放，则设置“锁”的持有线程为null，设置当前线程的状态为空，然后唤醒后继线程。

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