AQS，在java.util.concurrent.locks包中，AbstractQueuedSynchronizer这个类是并发包中的核心，了解其他类之前，需要先弄清楚AQS。在JUC的很多类中都会存在一个内部类Sync，Sync都是继承自AbstractQueuedSynchronizer，相信不用说就能明白AQS有多重要。
AQS原理
AQS就是一个同步器，要做的事情就相当于一个锁，所以就会有两个动作：一个是获取，一个是释放。获取释放的时候该有一个东西来记住他是被用还是没被用，这个东西就是一个状态。如果锁被获取了，也就是被用了，还有很多其他的要来获取锁，总不能给全部拒绝了，这时候就需要他们排队，这里就需要一个队列。这大概就清楚了AQS的主要构成了：
- 获取和释放两个动作
- 同步状态（原子操作）
- 阻塞队列
state
AQS用32位整形来表示同步状态。
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private volatile int state; |
在互斥锁中表示线程是否已经获取了锁，0未获取，1已经获取，大于1表示重入数。
AQS提供了getState(),setState(),compareAndSetState()来获取和修改state的值，这些操作需要atomic包的支持，采用CAS操作，保证其原子性和可见性。
AQS的CLH锁队列
CLH其实就是一个FIFO的队列，只不过稍微做了点改进。AQS中内部使用内部类Node来实现，是一个链表队列，原始CLH使用自旋锁，AQS的CLH则在每个node里使用一个状态字段来控制阻塞，不是自旋。直接看代码：
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/** +------+ prev +-----+ +-----+ head | | <---- | | <---- | | tail +------+ +-----+ +-----+/**static final class Node { //作为共享模式 static final Node SHARED = new Node(); //作为独占模式 static final Node EXCLUSIVE = null; //等待状态：表示节点中线程是已被取消的 static final int CANCELLED = 1; //等待状态：表示当前节点的后继节点的线程需要被唤醒 static final int SIGNAL = -1; //等待状态：表示线程正在等待条件 static final int CONDITION = -2; //等待状态：表示下一个共享模式的节点应该无条件的传播下去 static final int PROPAGATE = -3; //等待状态，初始化为0，剩下的状态就是上面列出的 volatile int waitStatus; //当前节点的前驱节点 volatile Node prev; //后继节点 volatile Node next; //当前节点的线程 volatile Thread thread; // Node nextWaiter; //是否是共享节点 final boolean isShared() { return nextWaiter == SHARED; } //当前节点的前驱节点 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 }
Node(Thread thread, Node mode) { // Used by addWaiter this.nextWaiter = mode; this.thread = thread; }
Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Condition this.waitStatus = waitStatus; this.thread = thread; }}
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共享锁和互斥锁
AQS的CLH队列锁中，每个节点代表着一个需要获取锁的线程，该node中有两个常量SHARED共享模式，EXCLUSIVE独占模式。
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/** Marker to indicate a node is waiting in shared mode */static final Node SHARED = new Node();/** Marker to indicate a node is waiting in exclusive mode */static final Node EXCLUSIVE = null; |
共享模式允许多个线程可以获取同一个锁，独占模式则一个锁只能被一个线程持有，其他线程必须要等待。
AQS源码
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//阻塞队列的队列头private transient volatile Node head;//队列尾private transient volatile Node tail;//同步状态，这就是上面提到的需要原子操作的状态private volatile int state;//返回当前同步器的状态protected final int getState() { return state;}//设置同步器的状态protected final void setState(int newState) { state = newState;}//原子的设置当前同步器的状态protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) { return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);}//static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L;
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独占模式的获取
acquire，独占，忽略中断
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//独占模式的获取方法，会忽略中断//tryAcquire方法会被至少调用一次，由子类实现//如果tryAcquire不能成功，当前线程就会进入队列排队public final void acquire(int arg) { //首先调用tryAcquire尝试获取 //获取不成功，就使用acquireQueued使线程进入等待队列 if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt();}
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tryAcquire方法：
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//由子类来实现//尝试在独占模式下获取，会查询该对象的状态是否允许在独占模式下获取protected boolean tryAcquire(int arg) { throw new UnsupportedOperationException();}
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使用指定的模式创建一个节点，添加到AQS链表队列中：
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private Node addWaiter(Node mode) { //当前线程，指定的mode，共享或者独占 Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); //先尝试使用直接添加进队列 Node pred = tail; if (pred != null) { node.prev = pred; if (compareAndSetTail(pred, node)) { pred.next = node; return node; } } //使用添加节点的方法 enq(node); return node;}
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向队列中插入节点：
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//会插入节点到对列中private Node enq(final Node node) { for (;;) { //尾节点 Node t = tail; //需要实例化一个队列 if (t == null) { // Must initialize //使用cas创建头节点 if (compareAndSetHead(new Node())) tail = head; } else { node.prev = t; if (compareAndSetTail(t, node)) { t.next = node; return t; } } }}
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tryAcquire没有获取到，就会先使用addWaiter添加进队列，然后使用acquireQueued从队列获取，如果这时候获取成功，则替换当前节点为队列头，然后返回：
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//独占模式处理正在排队等待的线程。//自旋，直至获取成功才返回final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { //当前获取是否失败 boolean failed = true; try { //获取是否被中断 boolean interrupted = false; for (;;) { //获取当前节点的前驱节点 final Node p = node.predecessor();
//head节点要么是刚才初始化的节点 //要么就是成功获取锁的节点 //如果当前节点的前驱节点是head，当前节点就应该去尝试获取锁了 //当前节点的前驱节点是头节点，就尝试获取 if (p == head && tryAcquire(arg)) { //获取成功的话，就把当前节点设置为头节点 setHead(node); //之前的head节点的next引用设为null p.next = null; // help GC failed = false; return interrupted; } //查看当前节点是否应该被park //如果应该，就park当前线程 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { //失败了，取消当前线程 if (failed) cancelAcquire(node); }}
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设置头节点，只能被获取方法调用：
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private void setHead(Node node) { head = node; node.thread = null; node.prev = null;}
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shouldParkAfterFailedAcquire方法，查看是否应该被park：
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private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) { //前驱节点中保存的等待状态 int ws = pred.waitStatus; //等待状态是signal，也就是当前节点在等着被唤醒 //此时当前节点应该park if (ws == Node.SIGNAL) return true;
//等待状态大于0表示前驱节点已经取消 //会向前找到一个非取消状态的节点 if (ws > 0) { do { node.prev = pred = pred.prev; } while (pred.waitStatus > 0); pred.next = node; } else { //将前驱节点的waitStatus设置为signal，表示当前需要被park compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL); } return false;}
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看下parkAndCheckInterrupt方法：
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//挂起当前线程，并返回当前中断状态private final boolean parkAndCheckInterrupt() { //挂起当前线程 LockSupport.park(this); return Thread.interrupted();}
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cancelAcquire取消当前节点：
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private void cancelAcquire(Node node) { //节点不存在 if (node == null) return; //节点的线程引用设为null node.thread = null;
//前驱节点 Node pred = node.prev; //大于0表示前驱节点被取消 while (pred.waitStatus > 0) node.prev = pred = pred.prev;
//前驱节点的下一个是需要移除的节点 Node predNext = pred.next;
//设置节点状态为取消 node.waitStatus = Node.CANCELLED;
//如果是尾节点，直接取消，将前一个节点设置为尾节点 if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) { compareAndSetNext(pred, predNext, null); } else {//不是尾节点，说明有后继节点，将前驱节点的next纸箱后继节点 int ws; if (pred != head && ((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL || (ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) && pred.thread != null) { Node next = node.next; if (next != null && next.waitStatus <= 0) compareAndSetNext(pred, predNext, next); } else { unparkSuccessor(node); }
node.next = node; // help GC }}
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acquireInterruptibly 独占，可中断
跟独占忽略中断类似，不再解释。
tryAcquireNanos，独占，可超时，可中断
跟上面类似，但是在doAcquireNanos中会获取当前时间，并获取LockSupport.parkNanos之后的时间在做超时时间的重新计算，到了超时时间，就返回false。
独占模式的释放
release，独占，忽略中断
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public final boolean release(int arg) { //尝试释放，修改状态 if (tryRelease(arg)) { //成功释放 //head代表初始化的节点，或者是当前占有锁的节点 //需要unpark后继节点 Node h = head; if (h != null && h.waitStatus != 0) unparkSuccessor(h); return true; } return false;}
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unparkSuccessor：
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private void unparkSuccessor(Node node) { //头节点中保存的waitStatus int ws = node.waitStatus; //重置头节点状态为0 if (ws < 0) compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); //后继节点 Node s = node.next; //后继节点为null或者已经取消 if (s == null || s.waitStatus > 0) { s = null; //从最后往前找有效的节点 for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) if (t.waitStatus <= 0) s = t; } //unpark if (s != null) LockSupport.unpark(s.thread);}
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共享模式的获取
acquireShared，共享，忽略中断
acquireSharedInterruptibly，共享，可中断
tryAcquireSharedNanos，共享，可设置超时，可中断
共享模式的释放
releaseShared
共享模式的和独占模式基本差不多，和独占式的acquireQueued方法区别就是在获取成功的节点后会继续unpark后继节点，将共享状态向后传播。
LockSupport
用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。每个使用LockSupport的线程都会与一个许可关联，如果该许可可用并且可在进程中使用，则调用park()将会立即返回，否则可能阻塞。如果许可不可用，可调用unpark使其可用。
许可不可重入，只能调用一次park()方法，否则会一直阻塞。
park()和unpark()作用分别是阻塞线程和解除阻塞线程，且park和unpark不会遇到suspend和resume可能引发的死锁问题。
park，如果许可可用，使用该许可，并且该调用立即返回；否则为线程调度禁用当前线程，并在发生以下三种情况之一之前，使其处于休眠状态：
* 其他某个线程将当前线程作为目标调用unpark
* 其他某个线程中断当前线程
* 该调用不合逻辑的返回
unpark，如果给定的线程尚不可用，则使其可用。如果线程在park上受阻塞，则它将解除其阻塞状态。否则，保证下一次调用park不受阻塞。如果给定线程尚未启动，则无法保证此操作有任何效果。
时间： 2024-10-07 04:27:22