【Java并发编程实战】-----“J.U.C”：ReentrantLock之一简介

ReentrantLock介绍

ReentrantLock是一个可重入的互斥锁，又被称为“独占锁”。

顾名思义，ReentrantLock锁在同一个时间点只能被一个线程锁持有；而可重入的意思是，ReentrantLock锁，可以被单个线程多次获取。
ReentrantLock分为“公平锁”和“非公平锁”。它们的区别体现在获取锁的机制上是否公平。“锁”是为了保护竞争资源，防止多个线程同时操作线程而出错，ReentrantLock在同一个时间点只能被一个线程获取(当某线程获取到“锁”时，其它线程就必须等待)；ReentraantLock是通过一个FIFO的等待队列来管理获取该锁所有线程的。在“公平锁”的机制下，线程依次排队获取锁；而“非公平锁”在锁是可获取状态时，不管自己是不是在队列的开头都会获取锁。

注：由于要介绍ReentrantLock的东西太多了，免得各位客官看累，所以分三篇博客来阐述。本篇博客介绍ReentrantLock基本内容，后两篇博客从源码级别分别阐述ReentrantLock的lock、unlock实现机制。

ReentrantLock，可重入的互斥锁，是一种递归无阻塞的同步机制。它可以等同于synchronized的使用，但是ReentrantLock提供了比synchronized更强大、灵活的锁机制，可以减少死锁发生的概率。

对于ReentrantLock,官方有详细的说明：一个可重入的互斥锁定 Lock，它具有与使用 synchronized 方法和语句所访问的隐式监视器锁定相同的一些基本行为和语义，但功能更强大。ReentrantLock 将由最近成功获得锁定，并且还没有释放该锁定的线程所拥有。当锁定没有被另一个线程所拥有时，调用 lock 的线程将成功获取该锁定并返回。如果当前线程已经拥有该锁定，此方法将立即返回。可以使用 isHeldByCurrentThread() 和 getHoldCount() 方法来检查此情况是否发生。

ReentrantLock提供公平锁机制，构造方法接收一个可选的公平参数。当设置为true时，它是公平锁，这些所将访问权授予等待时间最长的线程。否则该锁将无法保证线程获取锁的访问顺序。但是公平锁与非公平锁相比，公平锁的程序在许多线程访问时表现为很低的总体吞吐量。

ReentrantLock示例

通过对比“示例1”和“示例2”,我们能够清晰的认识lock和unlock的作用

示例1

 1 import java.util.concurrent.locks.Lock;
 2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 3
 4 // LockTest1.java
 5 // 仓库
 6 class Depot {
 7     private int size;        // 仓库的实际数量
 8     private Lock lock;        // 独占锁
 9
10     public Depot() {
11         this.size = 0;
12         this.lock = new ReentrantLock();
13     }
14
15     public void produce(int val) {
16         lock.lock();
17         try {
18             size += val;
19             System.out.printf("%s produce(%d) --> size=%d\n",
20                     Thread.currentThread().getName(), val, size);
21         } finally {
22             lock.unlock();
23         }
24     }
25
26     public void consume(int val) {
27         lock.lock();
28         try {
29             size -= val;
30             System.out.printf("%s consume(%d) <-- size=%d\n",
31                     Thread.currentThread().getName(), val, size);
32         } finally {
33             lock.unlock();
34         }
35     }
36 };
37
38 // 生产者
39 class Producer {
40     private Depot depot;
41
42     public Producer(Depot depot) {
43         this.depot = depot;
44     }
45
46     // 消费产品：新建一个线程向仓库中生产产品。
47     public void produce(final int val) {
48         new Thread() {
49             public void run() {
50                 depot.produce(val);
51             }
52         }.start();
53     }
54 }
55
56 // 消费者
57 class Customer {
58     private Depot depot;
59
60     public Customer(Depot depot) {
61         this.depot = depot;
62     }
63
64     // 消费产品：新建一个线程从仓库中消费产品。
65     public void consume(final int val) {
66         new Thread() {
67             public void run() {
68                 depot.consume(val);
69             }
70         }.start();
71     }
72 }
73
74 public class LockTest1 {
75     public static void main(String[] args) {
76         Depot mDepot = new Depot();
77         Producer mPro = new Producer(mDepot);
78         Customer mCus = new Customer(mDepot);
79
80         mPro.produce(60);
81         mPro.produce(120);
82         mCus.consume(90);
83         mCus.consume(150);
84         mPro.produce(110);
85     }
86 }

运行结果：

Thread-0 produce(60) --> size=60
Thread-1 produce(120) --> size=180
Thread-3 consume(150) <-- size=30
Thread-2 consume(90) <-- size=-60
Thread-4 produce(110) --> size=50

结果分析：
(01) Depot 是个仓库。通过produce()能往仓库中生产货物，通过consume()能消费仓库中的货物。通过独占锁lock实现对仓库的互斥访问：在操作(生产/消费)仓库中货品前，会先通过lock()锁住仓库，操作完之后再通过unlock()解锁。
(02) Producer是生产者类。调用Producer中的produce()函数可以新建一个线程往仓库中生产产品。
(03) Customer是消费者类。调用Customer中的consume()函数可以新建一个线程消费仓库中的产品。
(04) 在主线程main中，我们会新建1个生产者mPro，同时新建1个消费者mCus。它们分别向仓库中生产/消费产品。
根据main中的生产/消费数量，仓库最终剩余的产品应该是50。运行结果是符合我们预期的！

这个模型存在两个问题：
(01) 现实中，仓库的容量不可能为负数。但是，此模型中的仓库容量可以为负数，这与现实相矛盾！
(02) 现实中，仓库的容量是有限制的。但是，此模型中的容量确实没有限制的！
这两个问题，我们稍微会讲到如何解决。现在，先看个简单的示例2；通过对比“示例1”和“示例2”,我们能更清晰的认识lock(),unlock()的用途。

示例2

 1 import java.util.concurrent.locks.Lock;
 2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 3
 4 // LockTest2.java
 5 // 仓库
 6 class Depot {
 7     private int size;        // 仓库的实际数量
 8     private Lock lock;        // 独占锁
 9
10     public Depot() {
11         this.size = 0;
12         this.lock = new ReentrantLock();
13     }
14
15     public void produce(int val) {
16 //        lock.lock();
17 //        try {
18             size += val;
19             System.out.printf("%s produce(%d) --> size=%d\n",
20                     Thread.currentThread().getName(), val, size);
21 //        } catch (InterruptedException e) {
22 //        } finally {
23 //            lock.unlock();
24 //        }
25     }
26
27     public void consume(int val) {
28 //        lock.lock();
29 //        try {
30             size -= val;
31             System.out.printf("%s consume(%d) <-- size=%d\n",
32                     Thread.currentThread().getName(), val, size);
33 //        } finally {
34 //            lock.unlock();
35 //        }
36     }
37 };
38
39 // 生产者
40 class Producer {
41     private Depot depot;
42
43     public Producer(Depot depot) {
44         this.depot = depot;
45     }
46
47     // 消费产品：新建一个线程向仓库中生产产品。
48     public void produce(final int val) {
49         new Thread() {
50             public void run() {
51                 depot.produce(val);
52             }
53         }.start();
54     }
55 }
56
57 // 消费者
58 class Customer {
59     private Depot depot;
60
61     public Customer(Depot depot) {
62         this.depot = depot;
63     }
64
65     // 消费产品：新建一个线程从仓库中消费产品。
66     public void consume(final int val) {
67         new Thread() {
68             public void run() {
69                 depot.consume(val);
70             }
71         }.start();
72     }
73 }
74
75 public class LockTest2 {
76     public static void main(String[] args) {
77         Depot mDepot = new Depot();
78         Producer mPro = new Producer(mDepot);
79         Customer mCus = new Customer(mDepot);
80
81         mPro.produce(60);
82         mPro.produce(120);
83         mCus.consume(90);
84         mCus.consume(150);
85         mPro.produce(110);
86     }
87 }

(某一次)运行结果：

Thread-0 produce(60) --> size=-60
Thread-4 produce(110) --> size=50
Thread-2 consume(90) <-- size=-60
Thread-1 produce(120) --> size=-60
Thread-3 consume(150) <-- size=-60

结果说明：
“示例2”在“示例1”的基础上去掉了lock锁。在“示例2”中，仓库中最终剩余的产品是-60，而不是我们期望的50。原因是我们没有实现对仓库的互斥访问。

示例3

在“示例3”中，我们通过Condition去解决“示例1”中的两个问题：“仓库的容量不可能为负数”以及“仓库的容量是有限制的”。
解决该问题是通过Condition。Condition是需要和Lock联合使用的：通过Condition中的await()方法，能让线程阻塞[类似于wait()]；通过Condition的signal()方法，能让唤醒线程[类似于notify()]。

  1 import java.util.concurrent.locks.Lock;
  2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
  3 import java.util.concurrent.locks.Condition;
  4
  5 // LockTest3.java
  6 // 仓库
  7 class Depot {
  8     private int capacity;    // 仓库的容量
  9     private int size;        // 仓库的实际数量
 10     private Lock lock;        // 独占锁
 11     private Condition fullCondtion;            // 生产条件
 12     private Condition emptyCondtion;        // 消费条件
 13
 14     public Depot(int capacity) {
 15         this.capacity = capacity;
 16         this.size = 0;
 17         this.lock = new ReentrantLock();
 18         this.fullCondtion = lock.newCondition();
 19         this.emptyCondtion = lock.newCondition();
 20     }
 21
 22     public void produce(int val) {
 23         lock.lock();
 24         try {
 25              // left 表示“想要生产的数量”(有可能生产量太多，需多此生产)
 26             int left = val;
 27             while (left > 0) {
 28                 // 库存已满时，等待“消费者”消费产品。
 29                 while (size >= capacity)
 30                     fullCondtion.await();
 31                 // 获取“实际生产的数量”(即库存中新增的数量)
 32                 // 如果“库存”+“想要生产的数量”>“总的容量”，则“实际增量”=“总的容量”-“当前容量”。(此时填满仓库)
 33                 // 否则“实际增量”=“想要生产的数量”
 34                 int inc = (size+left)>capacity ? (capacity-size) : left;
 35                 size += inc;
 36                 left -= inc;
 37                 System.out.printf("%s produce(%3d) --> left=%3d, inc=%3d, size=%3d\n",
 38                         Thread.currentThread().getName(), val, left, inc, size);
 39                 // 通知“消费者”可以消费了。
 40                 emptyCondtion.signal();
 41             }
 42         } catch (InterruptedException e) {
 43         } finally {
 44             lock.unlock();
 45         }
 46     }
 47
 48     public void consume(int val) {
 49         lock.lock();
 50         try {
 51             // left 表示“客户要消费数量”(有可能消费量太大，库存不够，需多此消费)
 52             int left = val;
 53             while (left > 0) {
 54                 // 库存为0时，等待“生产者”生产产品。
 55                 while (size <= 0)
 56                     emptyCondtion.await();
 57                 // 获取“实际消费的数量”(即库存中实际减少的数量)
 58                 // 如果“库存”<“客户要消费的数量”，则“实际消费量”=“库存”；
 59                 // 否则，“实际消费量”=“客户要消费的数量”。
 60                 int dec = (size<left) ? size : left;
 61                 size -= dec;
 62                 left -= dec;
 63                 System.out.printf("%s consume(%3d) <-- left=%3d, dec=%3d, size=%3d\n",
 64                         Thread.currentThread().getName(), val, left, dec, size);
 65                 fullCondtion.signal();
 66             }
 67         } catch (InterruptedException e) {
 68         } finally {
 69             lock.unlock();
 70         }
 71     }
 72
 73     public String toString() {
 74         return "capacity:"+capacity+", actual size:"+size;
 75     }
 76 };
 77
 78 // 生产者
 79 class Producer {
 80     private Depot depot;
 81
 82     public Producer(Depot depot) {
 83         this.depot = depot;
 84     }
 85
 86     // 消费产品：新建一个线程向仓库中生产产品。
 87     public void produce(final int val) {
 88         new Thread() {
 89             public void run() {
 90                 depot.produce(val);
 91             }
 92         }.start();
 93     }
 94 }
 95
 96 // 消费者
 97 class Customer {
 98     private Depot depot;
 99
100     public Customer(Depot depot) {
101         this.depot = depot;
102     }
103
104     // 消费产品：新建一个线程从仓库中消费产品。
105     public void consume(final int val) {
106         new Thread() {
107             public void run() {
108                 depot.consume(val);
109             }
110         }.start();
111     }
112 }
113
114 public class LockTest3 {
115     public static void main(String[] args) {
116         Depot mDepot = new Depot(100);
117         Producer mPro = new Producer(mDepot);
118         Customer mCus = new Customer(mDepot);
119
120         mPro.produce(60);
121         mPro.produce(120);
122         mCus.consume(90);
123         mCus.consume(150);
124         mPro.produce(110);
125     }
126 }

(某一次)运行结果：

Thread-0 produce( 60) --> left=  0, inc= 60, size= 60
Thread-1 produce(120) --> left= 80, inc= 40, size=100
Thread-2 consume( 90) <-- left=  0, dec= 90, size= 10
Thread-3 consume(150) <-- left=140, dec= 10, size=  0
Thread-4 produce(110) --> left= 10, inc=100, size=100
Thread-3 consume(150) <-- left= 40, dec=100, size=  0
Thread-4 produce(110) --> left=  0, inc= 10, size= 10
Thread-3 consume(150) <-- left= 30, dec= 10, size=  0
Thread-1 produce(120) --> left=  0, inc= 80, size= 80
Thread-3 consume(150) <-- left=  0, dec= 30, size= 50

ReentrantLock与synchronized的区别

前面提到ReentrantLock提供了比synchronized更加灵活和强大的锁机制，那么它的灵活和强大之处在哪里呢？他们之间又有什么相异之处呢？

首先他们肯定具有相同的功能和内存语义。

1、与synchronized相比，ReentrantLock提供了更多，更加全面的功能，具备更强的扩展性。例如：时间锁等候，可中断锁等候，锁投票。

2、ReentrantLock还提供了条件Condition，对线程的等待、唤醒操作更加详细和灵活，所以在多个条件变量和高度竞争锁的地方，ReentrantLock更加适合（以后会阐述Condition）。

3、ReentrantLock提供了可轮询的锁请求。它会尝试着去获取锁，如果成功则继续，否则可以等到下次运行时处理，而synchronized则一旦进入锁请求要么成功要么阻塞，所以相比synchronized而言，ReentrantLock会不容易产生死锁些。

4、ReentrantLock支持更加灵活的同步代码块，但是使用synchronized时，只能在同一个synchronized块结构中获取和释放。注：ReentrantLock的锁释放一定要在finally中处理，否则可能会产生严重的后果。

5、ReentrantLock支持中断处理，且性能较synchronized会好些。

ReentrantLock数据结构

ReentrantLock的UML类图

从上图我们可以看到，ReentrantLock实现Lock接口，Sync与ReentrantLock是组合关系，且FairSync（公平锁）、NonfairySync（非公平锁）是Sync的子类。Sync继承AQS（AbstractQueuedSynchronizer）。在具体分析lock时，我们需要了解几个概念：

1. AQS -- 指AbstractQueuedSynchronizer类。
    AQS是java中管理“锁”的抽象类，锁的许多公共方法都是在这个类中实现。AQS是独占锁(例如，ReentrantLock)和共享锁(例如，Semaphore)的公共父类。

2. AQS锁的类别 -- 分为“独占锁”和“共享锁”两种。
    (01) 独占锁 -- 锁在一个时间点只能被一个线程锁占有。根据锁的获取机制，它又划分为“公平锁”和“非公平锁”。公平锁，是按照通过CLH等待线程按照先来先得的规则，公平的获取锁；而非公平锁，则当线程要获取锁时，它会无视CLH等待队列而直接获取锁。独占锁的典型实例子是ReentrantLock，此外，ReentrantReadWriteLock.WriteLock也是独占锁。
    (02) 共享锁 -- 能被多个线程同时拥有，能被共享的锁。JUC包中的ReentrantReadWriteLock.ReadLock，CyclicBarrier， CountDownLatch和Semaphore都是共享锁。这些锁的用途和原理，在以后的章节再详细介绍。

3. CLH队列 -- Craig, Landin, and Hagersten lock queue
    CLH队列是AQS中“等待锁”的线程队列。在多线程中，为了保护竞争资源不被多个线程同时操作而起来错误，我们常常需要通过锁来保护这些资源。在独占锁中，竞争资源在一个时间点只能被一个线程锁访问；而其它线程则需要等待。CLH就是管理这些“等待锁”的线程的队列。
    CLH是一个非阻塞的 FIFO 队列。也就是说往里面插入或移除一个节点的时候，在并发条件下不会阻塞，而是通过自旋锁和 CAS 保证节点插入和移除的原子性。

4. CAS函数 -- Compare And Swap 
    CAS函数，是比较并交换函数，它是原子操作函数；即，通过CAS操作的数据都是以原子方式进行的。例如，compareAndSetHead(), compareAndSetTail(), compareAndSetNext()等函数。它们共同的特点是，这些函数所执行的动作是以原子的方式进行的。

获取公平锁(基于JDK1.7.0_40)

通过前面“Java多线程系列--“JUC锁”02之 互斥锁ReentrantLock”的“示例1”，我们知道，获取锁是通过lock()函数。下面，我们以lock()对获取公平锁的过程进行展开。

1. lock()

lock()在ReentrantLock.java的FairSync类中实现，它的源码如下：

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

说明：“当前线程”实际上是通过acquire(1)获取锁的。
        这里说明一下“1”的含义，它是设置“锁的状态”的参数。对于“独占锁”而言，锁处于可获取状态时，它的状态值是0；锁被线程初次获取到了，它的状态值就变成了1。
        由于ReentrantLock(公平锁/非公平锁)是可重入锁，所以“独占锁”可以被单个线程多此获取，每获取1次就将锁的状态+1。也就是说，初次获取锁时，通过acquire(1)将锁的状态值设为1；再次获取锁时，将锁的状态值设为2；依次类推...这就是为什么获取锁时，传入的参数是1的原因了。
        可重入就是指锁可以被单个线程多次获取。

2. acquire()

acquire()在AQS中实现的，它的源码如下：

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

(01) “当前线程”首先通过tryAcquire()尝试获取锁。获取成功的话，直接返回；尝试失败的话，进入到等待队列排序等待(前面还有可能有需要线程在等待该锁)。
(02) “当前线程”尝试失败的情况下，先通过addWaiter(Node.EXCLUSIVE)来将“当前线程”加入到"CLH队列(非阻塞的FIFO队列)"末尾。CLH队列就是线程等待队列。
(03) 再执行完addWaiter(Node.EXCLUSIVE)之后，会调用acquireQueued()来获取锁。由于此时ReentrantLock是公平锁，它会根据公平性原则来获取锁。
(04) “当前线程”在执行acquireQueued()时，会进入到CLH队列中休眠等待，直到获取锁了才返回！如果“当前线程”在休眠等待过程中被中断过，acquireQueued会返回true，此时"当前线程"会调用selfInterrupt()来自己给自己产生一个中断。至于为什么要自己给自己产生一个中断，后面再介绍。

上面是对acquire()的概括性说明。下面，我们将该函数分为4部分来逐步解析。
一. tryAcquire()
二. addWaiter()
三. acquireQueued()
四. selfInterrupt()

一. tryAcquire()

1. tryAcquire()

公平锁的tryAcquire()在ReentrantLock.java的FairSync类中实现，源码如下：

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
    // 获取“当前线程”
    final Thread current = Thread.currentThread();
    // 获取“独占锁”的状态
    int c = getState();
    // c=0意味着“锁没有被任何线程锁拥有”，
    if (c == 0) {
        // 若“锁没有被任何线程锁拥有”，
        // 则判断“当前线程”是不是CLH队列中的第一个线程线程，
        // 若是的话，则获取该锁，设置锁的状态，并切设置锁的拥有者为“当前线程”。
        if (!hasQueuedPredecessors() &&
            compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        // 如果“独占锁”的拥有者已经为“当前线程”，
        // 则将更新锁的状态。
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0)
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

说明：根据代码，我们可以分析出，tryAcquire()的作用就是尝试去获取锁。注意，这里只是尝试！
         尝试成功的话，返回true；尝试失败的话，返回false，后续再通过其它办法来获取该锁。后面我们会说明，在尝试失败的情况下，是如何一步步获取锁的。

2. hasQueuedPredecessors()

hasQueuedPredecessors()在AQS中实现，源码如下：

public final boolean hasQueuedPredecessors() {
    Node t = tail;
    Node h = head;
    Node s;
    return h != t &&
        ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}

说明： 通过代码，能分析出，hasQueuedPredecessors() 是通过判断"当前线程"是不是在CLH队列的队首，来返回AQS中是不是有比“当前线程”等待更久的线程。下面对head、tail和Node进行说明。

3. Node的源码

Node就是CLH队列的节点。Node在AQS中实现，它的数据结构如下：

private transient volatile Node head;    // CLH队列的队首
private transient volatile Node tail;    // CLH队列的队尾

// CLH队列的节点
static final class Node {
    static final Node SHARED = new Node();
    static final Node EXCLUSIVE = null;

    // 线程已被取消，对应的waitStatus的值
    static final int CANCELLED =  1;
    // “当前线程的后继线程需要被unpark(唤醒)”，对应的waitStatus的值。
    // 一般发生情况是：当前线程的后继线程处于阻塞状态，而当前线程被release或cancel掉，因此需要唤醒当前线程的后继线程。
    static final int SIGNAL    = -1;
    // 线程(处在Condition休眠状态)在等待Condition唤醒，对应的waitStatus的值
    static final int CONDITION = -2;
    // (共享锁)其它线程获取到“共享锁”，对应的waitStatus的值
    static final int PROPAGATE = -3;

    // waitStatus为“CANCELLED, SIGNAL, CONDITION, PROPAGATE”时分别表示不同状态，
    // 若waitStatus=0，则意味着当前线程不属于上面的任何一种状态。
    volatile int waitStatus;

    // 前一节点
    volatile Node prev;

    // 后一节点
    volatile Node next;

    // 节点所对应的线程
    volatile Thread thread;

    // nextWaiter是“区别当前CLH队列是 ‘独占锁’队列 还是 ‘共享锁’队列 的标记”
    // 若nextWaiter=SHARED，则CLH队列是“独占锁”队列；
    // 若nextWaiter=EXCLUSIVE，(即nextWaiter=null)，则CLH队列是“共享锁”队列。
    Node nextWaiter;

    // “共享锁”则返回true，“独占锁”则返回false。
    final boolean isShared() {
        return nextWaiter == SHARED;
    }

    // 返回前一节点
    final Node predecessor() throws NullPointerException {
        Node p = prev;
        if (p == null)
            throw new NullPointerException();
        else
            return p;
    }

    Node() {    // Used to establish initial head or SHARED marker
    }

    // 构造函数。thread是节点所对应的线程，mode是用来表示thread的锁是“独占锁”还是“共享锁”。
    Node(Thread thread, Node mode) {     // Used by addWaiter
        this.nextWaiter = mode;
        this.thread = thread;
    }

    // 构造函数。thread是节点所对应的线程，waitStatus是线程的等待状态。
    Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Condition
        this.waitStatus = waitStatus;
        this.thread = thread;
    }
}

说明：
Node是CLH队列的节点，代表“等待锁的线程队列”。
(01) 每个Node都会一个线程对应。
(02) 每个Node会通过prev和next分别指向上一个节点和下一个节点，这分别代表上一个等待线程和下一个等待线程。
(03) Node通过waitStatus保存线程的等待状态。
(04) Node通过nextWaiter来区分线程是“独占锁”线程还是“共享锁”线程。如果是“独占锁”线程，则nextWaiter的值为EXCLUSIVE；如果是“共享锁”线程，则nextWaiter的值是SHARED。

4. compareAndSetState()

compareAndSetState()在AQS中实现。它的源码如下：

protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

说明： compareAndSwapInt() 是sun.misc.Unsafe类中的一个本地方法。对此，我们需要了解的是 compareAndSetState(expect, update) 是以原子的方式操作当前线程；若当前线程的状态为expect，则设置它的状态为update。

5. setExclusiveOwnerThread()

setExclusiveOwnerThread()在AbstractOwnableSynchronizer.java中实现，它的源码如下：

// exclusiveOwnerThread是当前拥有“独占锁”的线程
private transient Thread exclusiveOwnerThread;
protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread t) {
    exclusiveOwnerThread = t;
}

说明：setExclusiveOwnerThread()的作用就是，设置线程t为当前拥有“独占锁”的线程。

6. getState(), setState()

getState()和setState()都在AQS中实现，源码如下：

// 锁的状态
private volatile int state;
// 设置锁的状态
protected final void setState(int newState) {
    state = newState;
}
// 获取锁的状态
protected final int getState() {
    return state;
}

说明：state表示锁的状态，对于“独占锁”而已，state=0表示锁是可获取状态(即，锁没有被任何线程锁持有)。由于java中的独占锁是可重入的，state的值可以>1。

小结：tryAcquire()的作用就是让“当前线程”尝试获取锁。获取成功返回true，失败则返回false。

二. addWaiter(Node.EXCLUSIVE)

addWaiter(Node.EXCLUSIVE)的作用是，创建“当前线程”的Node节点，且Node中记录“当前线程”对应的锁是“独占锁”类型，并且将该节点添加到CLH队列的末尾。

1.addWaiter()

addWaiter()在AQS中实现，源码如下：

private Node addWaiter(Node mode) {
    // 新建一个Node节点，节点对应的线程是“当前线程”，“当前线程”的锁的模型是mode。
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    Node pred = tail;
    // 若CLH队列不为空，则将“当前线程”添加到CLH队列末尾
    if (pred != null) {
        node.prev = pred;
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    // 若CLH队列为空，则调用enq()新建CLH队列，然后再将“当前线程”添加到CLH队列中。
    enq(node);
    return node;
}

说明：对于“公平锁”而言，addWaiter(Node.EXCLUSIVE)会首先创建一个Node节点，节点的类型是“独占锁”(Node.EXCLUSIVE)类型。然后，再将该节点添加到CLH队列的末尾。

2. compareAndSetTail()

compareAndSetTail()在AQS中实现，源码如下：

private final boolean compareAndSetTail(Node expect, Node update) {
    return unsafe.compareAndSwapObject(this, tailOffset, expect, update);
}

说明：compareAndSetTail也属于CAS函数，也是通过“本地方法”实现的。compareAndSetTail(expect, update)会以原子的方式进行操作，它的作用是判断CLH队列的队尾是不是为expect，是的话，就将队尾设为update。

3. enq()

enq()在AQS中实现，源码如下：

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;
            }
        }
    }
}

说明： enq()的作用很简单。如果CLH队列为空，则新建一个CLH表头；然后将node添加到CLH末尾。否则，直接将node添加到CLH末尾。

小结：addWaiter()的作用，就是将当前线程添加到CLH队列中。这就意味着将当前线程添加到等待获取“锁”的等待线程队列中了。

三. acquireQueued()

前面，我们已经将当前线程添加到CLH队列中了。而acquireQueued()的作用就是逐步的去执行CLH队列的线程，如果当前线程获取到了锁，则返回；否则，当前线程进行休眠，直到唤醒并重新获取锁了才返回。下面，我们看看acquireQueued()的具体流程。

1. acquireQueued()

acquireQueued()在AQS中实现，源码如下：

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        // interrupted表示在CLH队列的调度中，
        // “当前线程”在休眠时，有没有被中断过。
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            // 获取上一个节点。
            // node是“当前线程”对应的节点，这里就意味着“获取上一个等待锁的线程”。
            final Node p = node.predecessor();
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

说明：acquireQueued()的目的是从队列中获取锁。

在这个for循环中，LZ不是很明白为什么要加p==head,Java多线程系列--“JUC锁”03之 公平锁(一)这篇博客有一个较好的解释如下：

p == head && tryAcquire(arg) 
首先，判断“前继节点”是不是CHL表头。如果是的话，则通过tryAcquire()尝试获取锁。 
其实，这样做的目的是为了“让当前线程获取锁”，但是为什么需要先判断p==head呢？理解这个对理解“公平锁”的机制很重要，因为这么做的原因就是为了保证公平性！ 
      (a) 前面，我们在shouldParkAfterFailedAcquire()我们判断“当前线程”是否需要阻塞； 
      (b) 接着，“当前线程”阻塞的话，会调用parkAndCheckInterrupt()来阻塞线程。当线程被解除阻塞的时候，我们会返回线程的中断状态。而线程被解决阻塞，可能是由于“线程被中断”，也可能是由于“其它线程调用了该线程的unpark()函数”。 
      (c) 再回到p==head这里。如果当前线程是因为其它线程调用了unpark()函数而被唤醒，那么唤醒它的线程，应该是它的前继节点所对应的线程(关于这一点，后面在“释放锁”的过程中会看到)。 OK，是前继节点调用unpark()唤醒了当前线程！ 
此时，再来理解p==head就很简单了：当前继节点是CLH队列的头节点，并且它释放锁之后；就轮到当前节点获取锁了。然后，当前节点通过tryAcquire()获取锁；获取成功的话，通过setHead(node)设置当前节点为头节点，并返回。 
       总之，如果“前继节点调用unpark()唤醒了当前线程”并且“前继节点是CLH表头”，此时就是满足p==head，也就是符合公平性原则的。否则，如果当前线程是因为“线程被中断”而唤醒，那么显然就不是公平了。这就是为什么说p==head就是保证公平性！

2. shouldParkAfterFailedAcquire()

shouldParkAfterFailedAcquire()在AQS中实现，源码如下：

// 返回“当前线程是否应该阻塞”
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
    // 前继节点的状态
    int ws = pred.waitStatus;
    // 如果前继节点是SIGNAL状态，则意味这当前线程需要被unpark唤醒。此时，返回true。
    if (ws == Node.SIGNAL)
        return true;
    // 如果前继节点是“取消”状态，则设置 “当前节点”的 “当前前继节点”  为  “‘原前继节点’的前继节点”。
    if (ws > 0) {
        do {
            node.prev = pred = pred.prev;
        } while (pred.waitStatus > 0);
        pred.next = node;
    } else {
        // 如果前继节点为“0”或者“共享锁”状态，则设置前继节点为SIGNAL状态。
        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
    }
    return false;
}

说明：
(01) 关于waitStatus请参考下表(中扩号内为waitStatus的值)，更多关于waitStatus的内容，可以参考前面的Node类的介绍。

CANCELLED[1]  -- 当前线程已被取消
SIGNAL[-1]    -- “当前线程的后继线程需要被unpark(唤醒)”。一般发生情况是：当前线程的后继线程处于阻塞状态，而当前线程被release或cancel掉，因此需要唤醒当前线程的后继线程。
CONDITION[-2] -- 当前线程(处在Condition休眠状态)在等待Condition唤醒
PROPAGATE[-3] -- (共享锁)其它线程获取到“共享锁”
[0]           -- 当前线程不属于上面的任何一种状态。

(02) shouldParkAfterFailedAcquire()通过以下规则，判断“当前线程”是否需要被阻塞。

规则1：如果前继节点状态为SIGNAL，表明当前节点需要被unpark(唤醒)，此时则返回true。
规则2：如果前继节点状态为CANCELLED(ws>0)，说明前继节点已经被取消，则通过先前回溯找到一个有效(非CANCELLED状态)的节点，并返回false。
规则3：如果前继节点状态为非SIGNAL、非CANCELLED，则设置前继的状态为SIGNAL，并返回false。

如果“规则1”发生，即“前继节点是SIGNAL”状态，则意味着“当前线程”需要被阻塞。接下来会调用parkAndCheckInterrupt()阻塞当前线程，直到当前先被唤醒才从parkAndCheckInterrupt()中返回。

3. parkAndCheckInterrupt())

parkAndCheckInterrupt()在AQS中实现，源码如下：

private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
    // 通过LockSupport的park()阻塞“当前线程”。
    LockSupport.park(this);
    // 返回线程的中断状态。
    return Thread.interrupted();
}

说明：parkAndCheckInterrupt()的作用是阻塞当前线程，并且返回“线程被唤醒之后”的中断状态。
它会先通过LockSupport.park()阻塞“当前线程”，然后通过Thread.interrupted()返回线程的中断状态。

这里介绍一下线程被阻塞之后如何唤醒。一般有2种情况：
第1种情况：unpark()唤醒。“前继节点对应的线程”使用完锁之后，通过unpark()方式唤醒当前线程。
第2种情况：中断唤醒。其它线程通过interrupt()中断当前线程。

补充：LockSupport()中的park(),unpark()的作用 和 Object中的wait(),notify()作用类似，是阻塞/唤醒。
它们的用法不同，park(),unpark()是轻量级的，而wait(),notify()是必须先通过Synchronized获取同步锁。
关于LockSupport，我们会在之后的章节再专门进行介绍！

4. 再次tryAcquire()

了解了shouldParkAfterFailedAcquire()和parkAndCheckInterrupt()函数之后。我们接着分析acquireQueued()的for循环部分。

final Node p = node.predecessor();
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
    setHead(node);
    p.next = null; // help GC
    failed = false;
    return interrupted;
}

说明：
(01) 通过node.predecessor()获取前继节点。predecessor()就是返回node的前继节点，若对此有疑惑可以查看下面关于Node类的介绍。
(02) p == head && tryAcquire(arg)
       首先，判断“前继节点”是不是CHL表头。如果是的话，则通过tryAcquire()尝试获取锁。
       其实，这样做的目的是为了“让当前线程获取锁”，但是为什么需要先判断p==head呢？理解这个对理解“公平锁”的机制很重要，因为这么做的原因就是为了保证公平性！
       (a) 前面，我们在shouldParkAfterFailedAcquire()我们判断“当前线程”是否需要阻塞；
       (b) 接着，“当前线程”阻塞的话，会调用parkAndCheckInterrupt()来阻塞线程。当线程被解除阻塞的时候，我们会返回线程的中断状态。而线程被解决阻塞，可能是由于“线程被中断”，也可能是由于“其它线程调用了该线程的unpark()函数”。
       (c) 再回到p==head这里。如果当前线程是因为其它线程调用了unpark()函数而被唤醒，那么唤醒它的线程，应该是它的前继节点所对应的线程(关于这一点，后面在“释放锁”的过程中会看到)。 OK，是前继节点调用unpark()唤醒了当前线程！
            此时，再来理解p==head就很简单了：当前继节点是CLH队列的头节点，并且它释放锁之后；就轮到当前节点获取锁了。然后，当前节点通过tryAcquire()获取锁；获取成功的话，通过setHead(node)设置当前节点为头节点，并返回。
       总之，如果“前继节点调用unpark()唤醒了当前线程”并且“前继节点是CLH表头”，此时就是满足p==head，也就是符合公平性原则的。否则，如果当前线程是因为“线程被中断”而唤醒，那么显然就不是公平了。这就是为什么说p==head就是保证公平性！

小结：acquireQueued()的作用就是“当前线程”会根据公平性原则进行阻塞等待，直到获取锁为止；并且返回当前线程在等待过程中有没有并中断过。

四. selfInterrupt()

selfInterrupt()是AQS中实现，源码如下：

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

说明：selfInterrupt()的代码很简单，就是“当前线程”自己产生一个中断。但是，为什么需要这么做呢？
这必须结合acquireQueued()进行分析。如果在acquireQueued()中，当前线程被中断过，则执行selfInterrupt()；否则不会执行。

在acquireQueued()中，即使是线程在阻塞状态被中断唤醒而获取到cpu执行权利；但是，如果该线程的前面还有其它等待锁的线程，根据公平性原则，该线程依然无法获取到锁。它会再次阻塞！ 该线程再次阻塞，直到该线程被它的前面等待锁的线程锁唤醒；线程才会获取锁，然后“真正执行起来”！
也就是说，在该线程“成功获取锁并真正执行起来”之前，它的中断会被忽略并且中断标记会被清除！ 因为在parkAndCheckInterrupt()中，我们线程的中断状态时调用了Thread.interrupted()。该函数不同于Thread的isInterrupted()函数，isInterrupted()仅仅返回中断状态，而interrupted()在返回当前中断状态之后，还会清除中断状态。 正因为之前的中断状态被清除了，所以这里需要调用selfInterrupt()重新产生一个中断！

小结：selfInterrupt()的作用就是当前线程自己产生一个中断。

总结

再回过头看看acquire()函数，它最终的目的是获取锁！

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

(01) 先是通过tryAcquire()尝试获取锁。获取成功的话，直接返回；尝试失败的话，再通过acquireQueued()获取锁。
(02) 尝试失败的情况下，会先通过addWaiter()来将“当前线程”加入到"CLH队列"末尾；然后调用acquireQueued()，在CLH队列中排序等待获取锁，在此过程中，线程处于休眠状态。直到获取锁了才返回。 如果在休眠等待过程中被中断过，则调用selfInterrupt()来自己产生一个中断。

首先通过tryAcquire方法尝试获取锁，如果成功直接返回，否则通过acquireQueued()再次获取。在acquireQueued()中会先通过addWaiter将当前线程加入到CLH队列的队尾，在CLH队列中等待。在等待过程中线程处于休眠状态，直到成功获取锁才会返回。如下：

非公平锁（NonfairSync）：lock

非公平锁NonfairSync的lock()与公平锁的lock()在获取锁的流程上是一直的，但是由于它是非公平的，所以获取锁机制还是有点不同。通过前面我们了解到公平锁在获取锁时采用的是公平策略（CLH队列），而非公平锁则采用非公平策略它无视等待队列，直接尝试获取。如下：

非公平锁NonfairSync的lock()与公平锁的lock()在获取锁的流程上是一直的，但是由于它是非公平的，所以获取锁机制还是有点不同。通过前面我们了解到公平锁在获取锁时采用的是公平策略（CLH队列），而非公平锁则采用非公平策略它无视等待队列，直接尝试获取。如下：

final void lock() {
            if (compareAndSetState(0, 1))
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
            else
                acquire(1);
        }

lock()通过compareAndSetState尝试设置所状态，若成功直接将锁的拥有者设置为当前线程(简单粗暴)，否则调用acquire()尝试获取锁;

说明：
lock()会先通过compareAndSet(0, 1)来判断“锁”是不是空闲状态。是的话，“当前线程”直接获取“锁”；否则的话，调用acquire(1)获取锁。
(01) compareAndSetState()是CAS函数，它的作用是比较并设置当前锁的状态。若锁的状态值为0，则设置锁的状态值为1。
(02) setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread())的作用是，设置“当前线程”为“锁”的持有者。

“公平锁”和“非公平锁”关于lock()的对比

公平锁   -- 公平锁的lock()函数，会直接调用acquire(1)。
非公平锁 -- 非公平锁会先判断当前锁的状态是不是空闲，是的话，就不排队，而是直接获取锁。

acquire

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

在非公平锁中acquire()的实现和公平锁一模一样，但是他们尝试获取锁的机制不同（也就是tryAcquire()的实现不同）。

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

tryAcquire内部调用nonfairyTryAcquire:

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
            final Thread current = Thread.currentThread();
            int c = getState();
            if (c == 0) {
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
                int nextc = c + acquires;
                if (nextc < 0) // overflow
                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");
                setState(nextc);
                return true;
            }
            return false;
        }

与公平锁相比，非公平锁的不同之处就体现在if(c==0)的条件代码块中：

//----------------非公平锁-----
  if (c == 0) {
                if (compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }
  //----------------公平锁-----
 if (c == 0) {
                if (!hasQueuedPredecessors() &&
                    compareAndSetState(0, acquires)) {
                    setExclusiveOwnerThread(current);
                    return true;
                }
            }

是否已经发现了不同之处。公平锁中要通过hasQueuedPredecessors()来判断该线程是否位于CLH队列中头部，是则获取锁；而非公平锁则不管你在哪个位置都直接获取锁。

说明：
根据代码，我们可以分析出，tryAcquire()的作用就是尝试去获取锁。
(01) 如果“锁”没有被任何线程拥有，则通过CAS函数设置“锁”的状态为acquires，同时，设置“当前线程”为锁的持有者，然后返回true。
(02) 如果“锁”的持有者已经是当前线程，则将更新锁的状态即可。
(03) 如果不术语上面的两种情况，则认为尝试失败。

ReentrantLock示例

通过对比“示例1”和“示例2”,我们能够清晰的认识lock和unlock的作用

示例1

 1 import java.util.concurrent.locks.Lock;
 2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 3
 4 // LockTest1.java
 5 // 仓库
 6 class Depot {
 7     private int size;        // 仓库的实际数量
 8     private Lock lock;        // 独占锁
 9
10     public Depot() {
11         this.size = 0;
12         this.lock = new ReentrantLock();
13     }
14
15     public void produce(int val) {
16         lock.lock();
17         try {
18             size += val;
19             System.out.printf("%s produce(%d) --> size=%d\n",
20                     Thread.currentThread().getName(), val, size);
21         } finally {
22             lock.unlock();
23         }
24     }
25
26     public void consume(int val) {
27         lock.lock();
28         try {
29             size -= val;
30             System.out.printf("%s consume(%d) <-- size=%d\n",
31                     Thread.currentThread().getName(), val, size);
32         } finally {
33             lock.unlock();
34         }
35     }
36 };
37
38 // 生产者
39 class Producer {
40     private Depot depot;
41
42     public Producer(Depot depot) {
43         this.depot = depot;
44     }
45
46     // 消费产品：新建一个线程向仓库中生产产品。
47     public void produce(final int val) {
48         new Thread() {
49             public void run() {
50                 depot.produce(val);
51             }
52         }.start();
53     }
54 }
55
56 // 消费者
57 class Customer {
58     private Depot depot;
59
60     public Customer(Depot depot) {
61         this.depot = depot;
62     }
63
64     // 消费产品：新建一个线程从仓库中消费产品。
65     public void consume(final int val) {
66         new Thread() {
67             public void run() {
68                 depot.consume(val);
69             }
70         }.start();
71     }
72 }
73
74 public class LockTest1 {
75     public static void main(String[] args) {
76         Depot mDepot = new Depot();
77         Producer mPro = new Producer(mDepot);
78         Customer mCus = new Customer(mDepot);
79
80         mPro.produce(60);
81         mPro.produce(120);
82         mCus.consume(90);
83         mCus.consume(150);
84         mPro.produce(110);
85     }
86 }

运行结果：

Thread-0 produce(60) --> size=60
Thread-1 produce(120) --> size=180
Thread-3 consume(150) <-- size=30
Thread-2 consume(90) <-- size=-60
Thread-4 produce(110) --> size=50

结果分析：
(01) Depot 是个仓库。通过produce()能往仓库中生产货物，通过consume()能消费仓库中的货物。通过独占锁lock实现对仓库的互斥访问：在操作(生产/消费)仓库中货品前，会先通过lock()锁住仓库，操作完之后再通过unlock()解锁。
(02) Producer是生产者类。调用Producer中的produce()函数可以新建一个线程往仓库中生产产品。
(03) Customer是消费者类。调用Customer中的consume()函数可以新建一个线程消费仓库中的产品。
(04) 在主线程main中，我们会新建1个生产者mPro，同时新建1个消费者mCus。它们分别向仓库中生产/消费产品。
根据main中的生产/消费数量，仓库最终剩余的产品应该是50。运行结果是符合我们预期的！

这个模型存在两个问题：
(01) 现实中，仓库的容量不可能为负数。但是，此模型中的仓库容量可以为负数，这与现实相矛盾！
(02) 现实中，仓库的容量是有限制的。但是，此模型中的容量确实没有限制的！
这两个问题，我们稍微会讲到如何解决。现在，先看个简单的示例2；通过对比“示例1”和“示例2”,我们能更清晰的认识lock(),unlock()的用途。

示例2

 1 import java.util.concurrent.locks.Lock;
 2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 3
 4 // LockTest2.java
 5 // 仓库
 6 class Depot {
 7     private int size;        // 仓库的实际数量
 8     private Lock lock;        // 独占锁
 9
10     public Depot() {
11         this.size = 0;
12         this.lock = new ReentrantLock();
13     }
14
15     public void produce(int val) {
16 //        lock.lock();
17 //        try {
18             size += val;
19             System.out.printf("%s produce(%d) --> size=%d\n",
20                     Thread.currentThread().getName(), val, size);
21 //        } catch (InterruptedException e) {
22 //        } finally {
23 //            lock.unlock();
24 //        }
25     }
26
27     public void consume(int val) {
28 //        lock.lock();
29 //        try {
30             size -= val;
31             System.out.printf("%s consume(%d) <-- size=%d\n",
32                     Thread.currentThread().getName(), val, size);
33 //        } finally {
34 //            lock.unlock();
35 //        }
36     }
37 };
38
39 // 生产者
40 class Producer {
41     private Depot depot;
42
43     public Producer(Depot depot) {
44         this.depot = depot;
45     }
46
47     // 消费产品：新建一个线程向仓库中生产产品。
48     public void produce(final int val) {
49         new Thread() {
50             public void run() {
51                 depot.produce(val);
52             }
53         }.start();
54     }
55 }
56
57 // 消费者
58 class Customer {
59     private Depot depot;
60
61     public Customer(Depot depot) {
62         this.depot = depot;
63     }
64
65     // 消费产品：新建一个线程从仓库中消费产品。
66     public void consume(final int val) {
67         new Thread() {
68             public void run() {
69                 depot.consume(val);
70             }
71         }.start();
72     }
73 }
74
75 public class LockTest2 {
76     public static void main(String[] args) {
77         Depot mDepot = new Depot();
78         Producer mPro = new Producer(mDepot);
79         Customer mCus = new Customer(mDepot);
80
81         mPro.produce(60);
82         mPro.produce(120);
83         mCus.consume(90);
84         mCus.consume(150);
85         mPro.produce(110);
86     }
87 }

(某一次)运行结果：

Thread-0 produce(60) --> size=-60
Thread-4 produce(110) --> size=50
Thread-2 consume(90) <-- size=-60
Thread-1 produce(120) --> size=-60
Thread-3 consume(150) <-- size=-60

结果说明：
“示例2”在“示例1”的基础上去掉了lock锁。在“示例2”中，仓库中最终剩余的产品是-60，而不是我们期望的50。原因是我们没有实现对仓库的互斥访问。

示例3

在“示例3”中，我们通过Condition去解决“示例1”中的两个问题：“仓库的容量不可能为负数”以及“仓库的容量是有限制的”。
解决该问题是通过Condition。Condition是需要和Lock联合使用的：通过Condition中的await()方法，能让线程阻塞[类似于wait()]；通过Condition的signal()方法，能让唤醒线程[类似于notify()]。

  1 import java.util.concurrent.locks.Lock;
  2 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
  3 import java.util.concurrent.locks.Condition;
  4
  5 // LockTest3.java
  6 // 仓库
  7 class Depot {
  8     private int capacity;    // 仓库的容量
  9     private int size;        // 仓库的实际数量
 10     private Lock lock;        // 独占锁
 11     private Condition fullCondtion;            // 生产条件
 12     private Condition emptyCondtion;        // 消费条件
 13
 14     public Depot(int capacity) {
 15         this.capacity = capacity;
 16         this.size = 0;
 17         this.lock = new ReentrantLock();
 18         this.fullCondtion = lock.newCondition();
 19         this.emptyCondtion = lock.newCondition();
 20     }
 21
 22     public void produce(int val) {
 23         lock.lock();
 24         try {
 25              // left 表示“想要生产的数量”(有可能生产量太多，需多此生产)
 26             int left = val;
 27             while (left > 0) {
 28                 // 库存已满时，等待“消费者”消费产品。
 29                 while (size >= capacity)
 30                     fullCondtion.await();
 31                 // 获取“实际生产的数量”(即库存中新增的数量)
 32                 // 如果“库存”+“想要生产的数量”>“总的容量”，则“实际增量”=“总的容量”-“当前容量”。(此时填满仓库)
 33                 // 否则“实际增量”=“想要生产的数量”
 34                 int inc = (size+left)>capacity ? (capacity-size) : left;
 35                 size += inc;
 36                 left -= inc;
 37                 System.out.printf("%s produce(%3d) --> left=%3d, inc=%3d, size=%3d\n",
 38                         Thread.currentThread().getName(), val, left, inc, size);
 39                 // 通知“消费者”可以消费了。
 40                 emptyCondtion.signal();
 41             }
 42         } catch (InterruptedException e) {
 43         } finally {
 44             lock.unlock();
 45         }
 46     }
 47
 48     public void consume(int val) {
 49         lock.lock();
 50         try {
 51             // left 表示“客户要消费数量”(有可能消费量太大，库存不够，需多此消费)
 52             int left = val;
 53             while (left > 0) {
 54                 // 库存为0时，等待“生产者”生产产品。
 55                 while (size <= 0)
 56                     emptyCondtion.await();
 57                 // 获取“实际消费的数量”(即库存中实际减少的数量)
 58                 // 如果“库存”<“客户要消费的数量”，则“实际消费量”=“库存”；
 59                 // 否则，“实际消费量”=“客户要消费的数量”。
 60                 int dec = (size<left) ? size : left;
 61                 size -= dec;
 62                 left -= dec;
 63                 System.out.printf("%s consume(%3d) <-- left=%3d, dec=%3d, size=%3d\n",
 64                         Thread.currentThread().getName(), val, left, dec, size);
 65                 fullCondtion.signal();
 66             }
 67         } catch (InterruptedException e) {
 68         } finally {
 69             lock.unlock();
 70         }
 71     }
 72
 73     public String toString() {
 74         return "capacity:"+capacity+", actual size:"+size;
 75     }
 76 };
 77
 78 // 生产者
 79 class Producer {
 80     private Depot depot;
 81
 82     public Producer(Depot depot) {
 83         this.depot = depot;
 84     }
 85
 86     // 消费产品：新建一个线程向仓库中生产产品。
 87     public void produce(final int val) {
 88         new Thread() {
 89             public void run() {
 90                 depot.produce(val);
 91             }
 92         }.start();
 93     }
 94 }
 95
 96 // 消费者
 97 class Customer {
 98     private Depot depot;
 99
100     public Customer(Depot depot) {
101         this.depot = depot;
102     }
103
104     // 消费产品：新建一个线程从仓库中消费产品。
105     public void consume(final int val) {
106         new Thread() {
107             public void run() {
108                 depot.consume(val);
109             }
110         }.start();
111     }
112 }
113
114 public class LockTest3 {
115     public static void main(String[] args) {
116         Depot mDepot = new Depot(100);
117         Producer mPro = new Producer(mDepot);
118         Customer mCus = new Customer(mDepot);
119
120         mPro.produce(60);
121         mPro.produce(120);
122         mCus.consume(90);
123         mCus.consume(150);
124         mPro.produce(110);
125     }
126 }

(某一次)运行结果：

Thread-0 produce( 60) --> left=  0, inc= 60, size= 60
Thread-1 produce(120) --> left= 80, inc= 40, size=100
Thread-2 consume( 90) <-- left=  0, dec= 90, size= 10
Thread-3 consume(150) <-- left=140, dec= 10, size=  0
Thread-4 produce(110) --> left= 10, inc=100, size=100
Thread-3 consume(150) <-- left= 40, dec=100, size=  0
Thread-4 produce(110) --> left=  0, inc= 10, size= 10
Thread-3 consume(150) <-- left= 30, dec= 10, size=  0
Thread-1 produce(120) --> left=  0, inc= 80, size= 80
Thread-3 consume(150) <-- left=  0, dec= 30, size= 50