深入了解Java并发AQS的独占锁模式

public class ExclusiveLock implements Lock {

    // 同步器，继承自AQS
    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {

        // 重写获取锁的方式
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int acquires) {
            assert acquires == 1;
            // cas的方式抢锁
            if(compareAndSetState(0, 1)) {
                // 设置抢占锁的线程为当前线程
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }

        @Override
        protected boolean tryRelease(int releases) {
            assert releases == 1;

            if (getState() == 0) {
                throw new IllegalMonitorStateException();
            };
            //设置抢占锁的线程为null
            setExclusiveOwnerThread(null);
            // 释放锁
            setState(0);
            return true;
        }
    }

    private final Sync sync = new Sync();

    @Override
    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

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

    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireInterruptibly(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock() {
        return sync.tryAcquire(1);
    }

    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(time));
    }
    
    @Override
    public Condition newCondition() {
        return null;
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExclusiveLock exclusiveLock = new ExclusiveLock();


        new Thread(() -> {
            try {
                exclusiveLock.lock();
                System.out.println("thread1 get lock");
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                exclusiveLock.unlock();
                System.out.println("thread1 release lock");
            }

        }).start();

        new Thread(() -> {
            try {
                exclusiveLock.lock();
                System.out.println("thread2 get lock");
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                exclusiveLock.unlock();
                System.out.println("thread2 release lock");
            }

        }).start();

        Thread.currentThread().join();
    }

private transient volatile Node head;
private transient volatile Node tail;

static final class Node {
    //共享模式下的等待标记
    static final Node SHARED = new Node();
    //独占模式下的等待标记
    static final Node EXCLUSIVE = null;
    //表示当前结点已取消调度。当timeout或被中断（响应中断的情况下），会触发变更为此状态，进入该状态后的结点将不会再变化。
    static final int CANCELLED =  1;
    //表示后继结点在等待当前结点唤醒。后继结点入队时，会将前继结点的状态更新为SIGNAL。
    static final int SIGNAL    = -1;
    //表示结点等待在Condition上，当其他线程调用了Condition的signal()方法后，CONDITION状态的结点将从等待队列转移到同步队列中，等待获取同步锁。
    static final int CONDITION = -2;
    //共享模式下，前继结点不仅会唤醒其后继结点，同时也可能会唤醒后继的后继结点。
    static final int PROPAGATE = -3;
    //状态，包括上面的四种状态值，初始值为0，一般是节点的初始状态
    volatile int waitStatus;
    //上一个节点的引用
    volatile Node prev;
    //下一个节点的引用
    volatile Node next;
    //保存在当前节点的线程引用
    volatile Thread thread;
    //condition队列的后续节点
    Node nextWaiter;
}

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

//直接抛出异常，这是由子类进行实现的方法，体现了模板模式的思想
protected boolean tryAcquire(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

// 将线程封装成一个节点，放入同步队列的尾部
private Node addWaiter(Node mode) {
    // 当前线程封装成同步队列的一个节点Node
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    // 这个节点需要插入到原尾节点的后面，所以我们在这里先记下原来的尾节点
    Node pred = tail;
    // 判断尾节点是否为空，若为空表示队列中还没有节点，则不执行以下步骤
    if (pred != null) {
        // 记录新节点的前一个节点为原尾节点
        node.prev = pred;
        // 将新节点设置为新尾节点，使用CAS操作保证了原子性
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            // 若设置成功，则让原来的尾节点的next指向新尾节点
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    // 若以上操作失败，则调用enq方法继续尝试(enq方法见下面)
    enq(node);
    return node;
}

private Node enq(final Node node) {
    // 使用死循环不断尝试
    for (;;) {
        // 记录原尾节点
        Node t = tail;
        // 若原尾节点为空，则必须先初始化同步队列，初始化之后，下一次循环会将新节点加入队列
        if (t == null) { 
            // 使用CAS设置创建一个默认的节点作为首届点
            if (compareAndSetHead(new Node()))
                // 首尾指向同一个节点
                tail = head;
        } else {
            // 以下操作与addWaiter方法中的if语句块内一致
            node.prev = t;
            if (compareAndSetTail(t, node)) {
                t.next = node;
                return t;
            }
        }
    }
}

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    //标记是否成功拿到资源
    boolean failed = true;
    try {
        //标记等待过程中是否被中断过
        boolean interrupted = false;

        //“自旋”！
        for (;;) {
            //拿到前驱
            final Node p = node.predecessor();
            //如果前驱是head，即该结点已成老二，那么便有资格去尝试获取资源（可能是老大释放完资源唤醒自己的，当然也可能被interrupt了）。
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                //拿到资源后，将head指向该结点。所以head所指的标杆结点，就是当前获取到资源的那个结点或null。
                setHead(node);
                // setHead中node.prev已置为null，此处再将head.next置为null，就是为了方便GC回收以前的head结点。也就意味着之前拿完资源的结点出队了！
                p.next = null; 
                 // 成功获取资源
                failed = false;
                //返回等待过程中是否被中断过
                return interrupted;
            }

            //如果自己可以休息了，就通过park()进入waiting状态，直到被unpark()。
            // 如果不可中断的情况下被中断了，那么会从park()中醒过来，发现拿不到资源，从而继续进入park()等待。
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                //如果等待过程中被中断过，哪怕只有那么一次，就将interrupted标记为true
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
             // 如果等待过程中没有成功获取资源（如timeout，或者可中断的情况下被中断了），那么取消结点在队列中的等待。
            cancelAcquire(node);
    }
}

private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
    //拿到前驱的状态
    int ws = pred.waitStatus;
    if (ws == Node.SIGNAL)
        //如果已经告诉前驱拿完号后通知自己一下，那就可以安心休息了
        return true;
    if (ws > 0) {
        
        do {
            node.prev = pred = pred.prev;
        } while (pred.waitStatus > 0);
        pred.next = node;
    } else {
         //如果前驱正常，那就把前驱的状态设置成SIGNAL，告诉它拿完号后通知自己一下。有可能失败，人家说不定刚刚释放完呢！
        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
    }
    return false;
}

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
    // 调用park()使线程进入waiting状态
    LockSupport.park(this);
    //调用park()使线程进入waiting状态
    return Thread.interrupted();
}

static void selfInterrupt() {
        Thread.currentThread().interrupt();
    }

public final boolean release(int arg) {
	// 上边自定义的tryRelease如果返回true，说明该锁没有被任何线程持有
	if (tryRelease(arg)) {
		// 获取头结点
		Node h = head;
		// 头结点不为空并且头结点的waitStatus不是初始化节点情况，解除线程挂起状态
		if (h != null && h.waitStatus != 0)
			unparkSuccessor(h);
		return true;
	}
	return false;
}

protected boolean tryRelease(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

private void unparkSuccessor(Node node) {
	// 获取头结点waitStatus
	int ws = node.waitStatus;
	if (ws < 0)
		compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
	// 获取当前节点的下一个节点
	Node s = node.next;
	// 如果下个节点是null或者下个节点被cancelled，就找到队列最开始的非cancelled的节点
	if (s == null || s.waitStatus > 0) {
		s = null;
		// 就从尾部节点开始找，到队首，找到队列第一个waitStatus<0的节点。
		for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
			if (t.waitStatus <= 0)
				s = t;
	}
	// 如果当前节点的下个节点不为空，而且状态<=0，就把当前节点unpark
	if (s != null)
		LockSupport.unpark(s.thread);
}

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;
}