高并发编程-AQS深入解析

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要点解说

AbstractQueuedSynchronizer简称AQS,它是java.util.concurrent包下CountDownLatch/FutureTask/ReentrantLock/RenntrantReadWriteLock/Semaphore实现的基础,所以深入理解AQS非常有必要。

AQS通过内部实现的FIFO同步等待队列来完成资源获取线程的等待工作,如果当前线程获取资源失败,AQS则会将当前线程以及等待状态等信息构造成一个Node结构的节点,并将其加入等待队列中,同时会阻塞当前线程;当其它获取到资源的线程释放持有的资源时,则会把等待队列节点中的线程唤醒,使其再次尝试获取对应资源。

源码解析

AbstractQueuedSynchronizer源码比较长,这里只分析主要的功能代码。首先,先看一下它内部定义的Node类的代码。

  1.       static  final class Node {

  2.        //声明共享模式下的等待节点

  3.        static final Node SHARED = new Node();        

  4.        //声明独占模式下的等待节点

  5.        static final Node EXCLUSIVE = null;        

  6.        //waitStatus的一常量值,表示线程已取消

  7.        static final int CANCELLED =  1;        

  8.        //waitStatus的一常量值,表示后继线程需要取消挂起

  9.        static final int SIGNAL    = -1;        

  10.        //waitStatus的一常量值,表示线程正在等待条件

  11.        static final int CONDITION = -2;        

  12.        //waitStatus的一常量值,表示下一个acquireShared应无条件传播

  13.        static final int PROPAGATE = -3;        

  14.        //waitStatus,其值只能为CANCELLED、SIGNAL、CONDITION、PROPAGATE或0

  15.        //初始值为0

  16.        volatile int waitStatus;        

  17.        //前驱节点

  18.        volatile Node prev;        

  19.        //后继节点

  20.        volatile Node next;        

  21.        //当前节点的线程,在节点初始化时赋值,使用后为null

  22.        volatile Thread thread;        

  23.        //下一个等待节点

  24.        Node nextWaiter;        

  25.        Node() {

  26.        }        

  27.        Node(Thread thread, Node mode) {    

  28.            // Used by addWaiter

  29.            this.nextWaiter = mode;

  30.            this.thread = thread;

  31.        }        

  32.        Node(Thread thread, int waitStatus) {

  33.            // Used by Condition

  34.            this.waitStatus = waitStatus;

  35.            this.thread = thread;

  36.        }

  37.    }

上面的Node就是等待队列里的一个节点,具体结构如下:

接着,来看一下AbstractQueuedSynchronizer的三个重要属性:

  1.       //等待队列的头结点

  2.    private transient volatile Node head;

  3.    //等待队列的尾节点

  4.    private transient volatile Node tail;

  5.    //同步状态,这个很重要

  6.    private volatile int state;

从这就可以得到同步队列的基本结构:

同时,同步器中提供了三个方法用于操作同步状态:

  1.       protected final int getState() {

  2.        return state;

  3.    }    

  4.    protected final void setState(int newState) {

  5.        state = newState;

  6.    }    

  7.    //使用CAS设置同步状态,确保线程安全

  8.    protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {

  9.        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);

  10.    }

AbstractQueuedSynchronizer类中其它方法主要是用于插入节点、释放节点,插入节点过程如下图所示:

释放头结点过程如下图所示:

分析小结

AbstractQueuedSynchronizer实现了对资源获取与释放的基础实现,真正使用到的地方还在是各个具体的功能类中,如CountDownLatch、ReentrantLock等,后面在这些类中会具体分析。

面试考点

AQS是什么?内部实现结构了解吗? AbstractQueuedSynchronizer简称AQS,它为实现依赖于先进先出 (FIFO) 等待队列的阻塞锁和相关同步器(信号量等)提供一个基础实现框架。内部实现结构参考上面的图示作答。

END 

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