Java ReentrantLock详解：公平锁、自旋与CAS原理

本篇笔记主要围绕Java并发编程中的AQS (AbstractQueuedSynchronizer)框架进行深入解析，特别是讨论了ReentrantLock的公平与非公平锁的区别以及其内部工作原理。AQS是Java并发库中的一个重要基石，用于实现线程安全的同步机制。 首先，我们提到`ReentrantLock`的实例创建时，通过`new ReentrantLock(false)`指定为非公平锁，这意味着线程调度是基于先到达先服务的原则，而非优先考虑已经在等待的线程。当多个线程尝试获取锁时，非公平锁可能会导致新来的线程优先获得锁，而非那些已经等待已久的线程。 接下来，我们看到一个典型的场景，三个线程T0、T1和T2竞争同一把锁。在尝试获取锁的过程中，如果使用CAS（Compare and Swap）操作成功，线程会立即退出循环并继续执行业务逻辑。否则，线程会选择让出CPU（通过`Thread.yield()`或`Thread.sleep(1)`），进入一个阻塞状态。在这里，`HashSet`和`LikedQueued`（疑似误写，可能是`LinkedBlockingQueue`，一个阻塞队列）用于存储等待获取锁的线程，`LockSupport.park()`将线程放入阻塞队列。 公平锁与非公平锁的不同在于，公平锁会确保先到达的线程优先获取锁，而不会因为其他线程的快速访问而被跳过。公平锁的`acquire`方法中会遵循CLH（Chase the Lockholder）算法来保证公平性。 `Node`类在AQS中扮演重要角色，它代表了一个线程等待队列中的一个节点，包含了线程引用、共享属性和独占属性。`waitstate`字段表示节点的状态，如SIGNAL、CANCELLED、CONDITION等，用来控制线程的唤醒和取消。 在获取锁的过程中，`acquire`方法首先尝试`tryAcquire`，如果失败则会调用`acquireQueued`将线程加入队列。`exclusiveOwnerThread`属性记录了当前持有锁的线程，而`state`是一个状态器，用于维护锁的持有情况和线程的调度。 此外，ReentrantLock具有可重入性，即当前线程已经持有锁的情况下再次获取，可以继续执行，而`synchronized`关键字的同步块也有类似的可重入性。然而，公平锁在可重入时仍保持公平策略，确保先到达的线程优先执行。 最后，为了保证线程安全，AQS采用了一种策略来唤醒所有阻塞的线程，即使是在出现异常或中断后，也确保了正确地处理和清理线程队列。 这篇笔记详细介绍了Java并发编程中AQS框架下ReentrantLock的使用、公平锁与非公平锁的区别，以及队列管理和线程调度的关键原理。这对于理解和实现高效的并发控制至关重要。