基本概念

本章，我們會講解“線程獲取公平鎖”的原理；在講解之前，需要了解幾個基本概念。後面的內容，都是基於這些概念的；這些概念可能比較枯燥，但從這些概念中，能窺見“java鎖”的一些架構，這對我們了解鎖是有幫助的。
1. AQS -- 指AbstractQueuedSynchronizer類。
AQS是java中管理“鎖”的抽象類，鎖的許多公共方法都是在這個類中實現。AQS是獨占鎖(例如，ReentrantLock)和共享鎖(例如，Semaphore)的公共父類。

2. AQS鎖的類別 -- 分為“獨占鎖”和“共享鎖”兩種。
(01) 獨占鎖 -- 鎖在一個時間點只能被一個線程鎖占有。根據鎖的獲取機制，它又劃分為“公平鎖

3. CLH隊列 -- Craig, Landin, and Hagersten lock queue
CLH隊列是AQS中“等待鎖”的線程隊列。在多線程中，為了保護競爭資源不被多個線程同時操作而起來錯誤，我們常常需要通過鎖來保護這些資源。在獨占鎖 中，競爭資源在一個時間點只能被一個線程鎖訪問；而其它線程則需要等待。CLH就是管理這些“等待鎖”的線程的隊列。
CLH是一個非阻塞的 FIFO 隊列。也就是說往裏面插入或移除一個節點的時候，在並發條件下不會阻塞，而是通過自旋鎖和 CAS 保證節點插入和移除的原子性。

4. CAS函數 -- Compare And Swap
CAS函數，是比較並交換函數，它是原子操作函數；即，通過CAS操作的數據都是以原子方式進行的。例如，compareAndSetHead(), compareAndSetTail(), compareAndSetNext()等函數。它們共同的特點是，這些函數所執行的動作是以原子的方式進行的。

本章是圍繞 “公平鎖”如何獲取鎖而層次展開。“公平鎖”涉及到的知識點比較多，但總的來說，不是特別難；如果讀者能讀懂AQS和 ReentrantLock.java這兩個類的大致意思，理解鎖的原理和機制也就不成問題了。本章只是作者本人對鎖的一點點理解，希望這部分知識能幫助 您了解“公平鎖”的獲取過程，認識“鎖”的框架。

ReentrantLock數據結構

ReentrantLock的UML類圖

從圖中可以看出：
(01) ReentrantLock實現了Lock接口。
(02) ReentrantLock與sync是組合關系。ReentrantLock中，包含了Sync對象；而且，Sync是AQS的子類；更重要的 是，Sync有兩個子類FairSync(公平鎖)和NonFairSync(非公平鎖)。ReentrantLock是一個獨占鎖，至於它到底是公平鎖 還是非公平鎖，就取決於sync對象是"FairSync的實例"還是"NonFairSync的實例"。

獲取公平鎖(基於JDK1.7.0_40)

我們知道，獲取鎖是通過lock()函數。下面，我們以lock()對獲取公平鎖的過程進行展開。

1. lock()

lock()在ReentrantLock.java的FairSync類中實現，它的源碼如下：

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

說明：“當前線程”實際上是通過acquire(1)獲取鎖的。
這裏說明一下“1”的含義，它是設置“鎖的狀態”的參數。對於“獨占鎖”而言，鎖處於可獲取狀態時，它的狀態值是0；鎖被線程初次獲取到了，它的狀態值就變成了1。
由於ReentrantLock(公平鎖/非公平鎖)是可重入鎖，所以“獨占鎖”可以被單個線程多此獲取，每獲取1次就將鎖的狀態+1。也就是說，初次獲 取鎖時，通過acquire(1)將鎖的狀態值設為1；再次獲取鎖時，將鎖的狀態值設為2；依次類推...這就是為什麽獲取鎖時，傳入的參數是1的原因 了。
可重入就是指鎖可以被單個線程多次獲取。

2. acquire()

acquire()在AQS中實現的，它的源碼如下：

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

(01) “當前線程”首先通過tryAcquire()嘗試獲取鎖。獲取成功的話，直接返回；嘗試失敗的話，進入到等待隊列排序等待(前面還有可能有需要線程在等待該鎖)。
(02) “當前線程”嘗試失敗的情況下，先通過addWaiter(Node.EXCLUSIVE)來將“當前線程”加入到"CLH隊列(非阻塞的FIFO隊列)"末尾。CLH隊列就是線程等待隊列。
(03) 再執行完addWaiter(Node.EXCLUSIVE)之後，會調用acquireQueued()來獲取鎖。由於此時ReentrantLock是公平鎖，它會根據公平性原則來獲取鎖。
(04) “當前線程”在執行acquireQueued()時，會進 入到CLH隊列中休眠等待，直到獲取鎖了才返回！如果“當前線程”在休眠等待過程中被中斷過，acquireQueued會返回true，此時"當前線 程"會調用selfInterrupt()來自己給自己產生一個中斷。至於為什麽要自己給自己產生一個中斷，後面再介紹。

一. tryAcquire()

1. tryAcquire()

公平鎖的tryAcquire()在ReentrantLock.java的FairSync類中實現，源碼如下：

參考：

http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3496147.html

Java多線程系列--“JUC鎖”03之 公平鎖(一)