摘要：注意是一個假節點，阻塞的節點是作為后面的節點出現的。總之在非公平鎖場景下嘗試去獲取鎖，如果獲取上了，則置一下狀態，并設置自己為獨占線程，并支持重入鎖功能。方法用于創建一個節點值為當前線程并維護一個雙向鏈表。阻塞了當前線程。

部分段落來自于http://javadoop.com/post/Abst...，他的文章相當不錯。

ReentrantLock基于Sync內部類來完成鎖。Sync繼承于AbstractQueuedSynchronizer。Sync有兩個不同的子類NonfairSync和FairSync。

ReentrantLock的大部分方法都是基于AbstractQueuedSynchronizer實現，大部分僅僅是對AbstractQueuedSynchronizer的轉發。因此，了解AbstractQueuedSynchronizer就非常重要。

作為AbstractQueuedSynchronizer的實現者需要實現isHeldExclusively，tryAcquire，tryRelease,(可選tryAcquireShared,tryReleaseShared)

那么我們看看對于一個常用的套路，ReentrantLock是如何實現同步的

lock.lock();
try{
   i++;
}finally {
   lock.unlock();
}

lock.lock()內部實現為調用了sync.lock()，之后又會調用NonfairSync或FairSync的lock()，你看果然重度使用了AQS吧，這里我們先記住這個位置，一會我們還會回來分析。

public void lock() {
    sync.lock();
}

先介紹一下AQS里面的屬性，不復雜就4個主要的屬性：AQS里面阻塞的節點是作為隊列出現的，維護了一個head節點和tail節點，同時維護了一個阻塞狀態，如果state=0表示沒有鎖，如果state>0表示鎖被重入了幾次。
注意head是一個假節點，阻塞的節點是作為head后面的節點出現的。

// 頭結點，你直接把它當做 當前持有鎖的線程 可能是最好理解的
private transient volatile Node head;
// 阻塞的尾節點，每個新的節點進來，都插入到最后，也就形成了一個隱視的鏈表
private transient volatile Node tail;
// 這個是最重要的，不過也是最簡單的，代表當前鎖的狀態，0代表沒有被占用，大于0代表有線程持有當前鎖
// 之所以說大于0，而不是等于1，是因為鎖可以重入嘛，每次重入都加上1
private volatile int state;
// 代表當前持有獨占鎖的線程，舉個最重要的使用例子，因為鎖可以重入
// reentrantLock.lock()可以嵌套調用多次，所以每次用這個來判斷當前線程是否已經擁有了鎖
// if (currentThread == getExclusiveOwnerThread()) {state++}
private transient Thread exclusiveOwnerThread; //繼承自AbstractOwnableSynchronizer

接著看一下FairSync和NonfairSync的實現，FairSync和NonfairSync都繼承了Sync，而且Sync又繼承了AbstractQueuedSynchronizer。可以看到FairSync和NonfairSync直接或間接的實現了isHeldExclusively，tryAcquire，tryRelease這三個方法。

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
    private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;

    /**
     * Performs {@link Lock#lock}. The main reason for subclassing
     * is to allow fast path for nonfair version.
     */
    abstract void lock();

    /**
     * Performs non-fair tryLock.  tryAcquire is implemented in
     * subclasses, but both need nonfair try for trylock method.
     */
    final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
　　　　 //如果沒有鎖上，則設置為鎖上并設置自己為獨占線程
        if (c == 0) {
            if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                setExclusiveOwnerThread(current);
                return true;
            }
        }
　　　　 //如果鎖上了，而且獨占線程是自己，那么重新設置state+1，并且返回true
        else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
            int nextc = c + acquires;
            if (nextc < 0) // overflow
                throw new Error("Maximum lock count exceeded");
            setState(nextc);
            return true;
        }
　　　　 //否則返回false
        return false;
    }

    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;
            setExclusiveOwnerThread(null);
        }
        setState(c);
        return free;
    }

    protected final boolean isHeldExclusively() {
        // While we must in general read state before owner,
        // we don"t need to do so to check if current thread is owner
        return getExclusiveOwnerThread() == Thread.currentThread();
    }

    final ConditionObject newCondition() {
        return new ConditionObject();
    }

    // Methods relayed from outer class

    final Thread getOwner() {
        return getState() == 0 ? null : getExclusiveOwnerThread();
    }

    final int getHoldCount() {
        return isHeldExclusively() ? getState() : 0;
    }

    final boolean isLocked() {
        return getState() != 0;
    }

    /**
     * Reconstitutes the instance from a stream (that is, deserializes it).
     */
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        s.defaultReadObject();
        setState(0); // reset to unlocked state
    }
}

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() {
        //如果沒有人鎖上，那么就設置我自己為獨占線程，否則再acquire一次
        if (compareAndSetState(0, 1))
            setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
        else
            //調用到了AQS的acquire里面
            acquire(1);
    }

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

static final class FairSync extends Sync {
    private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;

    final void lock() {
        acquire(1);
    }

    /**
     * Fair version of tryAcquire.  Don"t grant access unless
     * recursive call or no waiters or is first.
     */
    protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
        final Thread current = Thread.currentThread();
        int c = getState();
        if (c == 0) {
            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;
    }
}

之前我們說到回到ReentrantLock的lock()調用了sync.lock();現在我們回來看看非公平鎖的邏輯是：如果搶到鎖了，則設置自己的線程為占有鎖的線程，否則調用acquire(1)，這個是AQS的方法。

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

acquire會調用tryAcquire，而這個是對于不同的實現是不一樣的，非公平鎖NonfairSync里面的tryAcquire，而tryAcquire又會調用到Sync的nonfairTryAcquire。總之tryAcquire在非公平鎖場景下嘗試去獲取鎖，如果獲取上了，則置一下AQS狀態state，并設置自己為獨占線程，并支持重入鎖功能。

addWaiter方法用于創建一個節點（值為當前線程）并維護一個雙向鏈表。

    private Node addWaiter(Node mode) {
        Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
        // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
        Node pred = tail;
        if (pred != null) {
            node.prev = pred;
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                pred.next = node;
                return node;
            }
        }
        enq(node);
        return node;
    }
    
    private Node enq(final Node node) {
        for (;;) {
            Node t = tail;
            if (t == null) { // Must initialize
                if (compareAndSetHead(new Node()))
                    tail = head;
            } else {
                node.prev = t;
                if (compareAndSetTail(t, node)) {
                    t.next = node;
                    return t;
                }
            }
        }
    }

現在說一下Node的結構，主要有用的field為waitStatus,prev,next,thread。waitStatus目前僅要了解1，0，-1就夠了。 0是默認狀態，1代表爭取鎖取消，-1表示它的后繼節點對應的線程需要被喚醒。也就是說這個waitStatus其實代表的不是自己的狀態，而是后繼節點的狀態。可以看見默認進隊的節點的waitStatus都是0

static final class Node {
    /** Marker to indicate a node is waiting in shared mode */
    // 標識節點當前在共享模式下
    static final Node SHARED = new Node();
    /** Marker to indicate a node is waiting in exclusive mode */
    // 標識節點當前在獨占模式下
    static final Node EXCLUSIVE = null;

    // ======== 下面的幾個int常量是給waitStatus用的 ===========
    /** waitStatus value to indicate thread has cancelled */
    // 代碼此線程取消了爭搶這個鎖
    static final int CANCELLED =  1;
    /** waitStatus value to indicate successor"s thread needs unparking */
    // 官方的描述是，其表示當前node的后繼節點對應的線程需要被喚醒
    static final int SIGNAL    = -1;
    /** waitStatus value to indicate thread is waiting on condition */
    // 本文不分析condition，所以略過吧
    static final int CONDITION = -2;
    /**
     * waitStatus value to indicate the next acquireShared should
     * unconditionally propagate
     */
    // 同樣的不分析，略過吧
    static final int PROPAGATE = -3;
    // =====================================================

    // 取值為上面的1、-1、-2、-3，或者0(以后會講到)
    // 這么理解，暫時只需要知道如果這個值 大于0 代表此線程取消了等待，
    // 也許就是說半天搶不到鎖，不搶了，ReentrantLock是可以指定timeouot的。。。
    volatile int waitStatus;
    // 前驅節點的引用
    volatile Node prev;
    // 后繼節點的引用
    volatile Node next;
    // 這個就是線程本尊
    volatile Thread thread;
}

acquireQueued的作用是從等待隊列中嘗試去把入隊的那個節點去做park。另外當節點unpark以后，也會在循環中將自己設置成頭結點，然后自己拿到鎖

    final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true;
        try {
            boolean interrupted = false;
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor();
                //對于隊首節點，剛才也許沒有搶到鎖，現在也許能搶到了，再試一次
                if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                    //如果搶到了鎖，這個入隊的節點根本不需要park，直接可以執行
                    setHead(node);
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return interrupted;
                }
                //如果不是隊首節點，或者是隊首但是沒有搶過其他節點
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

shouldParkAfterFailedAcquire。這個方法說的是："當前線程沒有搶到鎖，是否需要掛起當前線程？第一個參數是前驅節點，第二個參數才是代表當前線程的節點。注意因為默認加入的節點的狀態都是0，這個方法會進來兩次，第一次進來走到else分支里面修改前置節點的waitStatus為-1.第二次進來直接返回true。對于剛加入隊列的節點，修改head節點的waitStatus為-1，對于后來加入的節點，修改它前一個節點的waitStatus為-1。

    private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
        int ws = pred.waitStatus;
        if (ws == Node.SIGNAL)
            /*
             * This node has already set status asking a release
             * to signal it, so it can safely park.
             */
            return true;
        if (ws > 0) {
            /*
             * Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
             * indicate retry.
             */
            do {
                node.prev = pred = pred.prev;
            } while (pred.waitStatus > 0);
            pred.next = node;
        } else {
            /*
             * waitStatus must be 0 or PROPAGATE.  Indicate that we
             * need a signal, but don"t park yet.  Caller will need to
             * retry to make sure it cannot acquire before parking.
             */
            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
        }
        return false;
    }

parkAndCheckInterrupt的代碼很簡單，這個this就是ReentrantLock類的實例。阻塞了當前線程。

    private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        LockSupport.park(this);
        return Thread.interrupted();
    }

再來看看怎么解鎖。

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

調用到AQS里面，如果鎖被完全釋放了，那么就unpark head的下一個

    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是由Sync覆蓋的。重置AQS里面的state,返回鎖是否被完全釋放了的判斷。

        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;
                setExclusiveOwnerThread(null);
            }
            setState(c);
            return free;
        }

    private void unparkSuccessor(Node node) {
        /*
         * If status is negative (i.e., possibly needing signal) try
         * to clear in anticipation of signalling.  It is OK if this
         * fails or if status is changed by waiting thread.
         */
        int ws = node.waitStatus;
        if (ws < 0)
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

        /*
         * Thread to unpark is held in successor, which is normally
         * just the next node.  But if cancelled or apparently null,
         * traverse backwards from tail to find the actual
         * non-cancelled successor.
         */
        //下面的代碼就是喚醒后繼節點，但是有可能后繼節點取消了等待（waitStatus==1）
        // 從隊尾往前找，找到waitStatus<=0的所有節點中排在最前面的 
        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;
        }
        if (s != null)
            LockSupport.unpark(s.thread);
    }

等到unpark以后，parkAndCheckInterrupt的阻塞解除，將繼續for無限循環，因為是隊列里是一個一個阻塞的，此時阻塞節點的前置依次都是head，因此if (p == head && tryAcquire(arg)) 這句話如果它醒來搶鎖成功了將執行成功，阻塞的線程獲取鎖并執行，將自己設置成head，同時也將自己從隊列中清除出去。 注意這里是非公平鎖，因此在tryAcquire有可能還沒有搶過其他線程，那么搶到的那個將會直接執行，而沒有搶到的，又在循環里鎖住了。