深入理解Java內存模型（五）：鎖的happens-before關係、內存語義與ReentrantLock源碼級實現剖析

鎖釋放-獲取建立的 happens-before 關係

class MonitorExample {
    int a = 0;
    public synchronized void writer() { a++; } // 1→2→3
    public synchronized void reader()  { int i = a; } // 4→5→6
}

happens-before 鏈路：

1. 程序順序：1→2→3、4→5→6
2. 監視器鎖規則：3（釋放鎖）→4（獲取鎖）
3. 傳遞性：2→5

含義：線程 A 釋放鎖前對共享變量的修改，線程 B 獲取同一鎖後立即可見。

鎖的內存語義：釋放≈volatile寫，獲取≈volatile讀

• 釋放鎖：將本地內存共享變量刷新到主內存
• 獲取鎖：將本地內存置無效，從主內存重讀共享變量

本質：線程 A 通過主內存向線程 B 發送消息（共享變量修改）。

ReentrantLock 內存語義源碼級實現

公平鎖

• 獲取鎖：tryAcquire 首先 讀 volatile state
• 釋放鎖：tryRelease 最後 寫 volatile state
• 利用 volatile 讀-寫 happens-before 傳遞可見性

非公平鎖

• 釋放同公平鎖：寫 volatile state
• 獲取鎖：compareAndSetState (CAS) —— 同時具備 volatile 讀和寫語義

CAS 為何同時具備 volatile 讀/寫語義

編譯器視角

CAS 前後不能重排序任何內存操作（結合 volatile 讀後不重排、寫前不重排規則）。

處理器視角

OpenJDK x86 實現：lock cmpxchg 指令

LOCK_IF_MP(mp) cmpxchg dword ptr [edx], ecx

lock 前綴三大效果：

1. 原子性：多核下緩存鎖定或總線鎖定
2. 禁止重排：與前後讀寫指令不重排
3. 刷新寫緩衝區：將數據刷至內存

第 2、3 點完美實現 volatile 讀+寫語義。

Java 線程通信四種模式

concurrent 包實現基石模式

1. 聲明共享變量為 volatile
2. 使用 CAS 原子條件更新 實現同步
3. 配合 volatile 讀/寫與 CAS 語義實現線程通信

AQS、非阻塞數據結構、原子變量類均遵循此模式，高層組件依賴基礎類構建。