一、前言
- 什么是AQS （AbstractQueuedSynchronizer）翻译过来叫抽象同步队列， 他是除synchronized以外的另一种同步机制
- Lock锁的实现 就依赖AQS 后期会写Lock锁的使用及原理
- AQS的中心思想是：现场来了看一下共享资源是否空闲，如果共享资源空闲就上锁（修改状态位），等线程执行完业务代码就释放锁（状态位复位），其他线程来 如果共享资源有被上锁（状态位标志位占用），就进入等待队列监控状态位 一旦被复位 就去抢锁（争着修改状态位）
- AQS 维护了一个FIFO双向队列 ,FIFO就是先进先出 双向就是有_pre _next 两个指向前后两个节点的属性
-
总结一句话 3+4 ===》 state+双向队列
-
AOS 提供了2中方式获取锁资源 一种是：独占锁 如： ReentrantLock 一种是：共享锁 如：CountDownLatch
二、DEMO
AQS 如果没有具体的实现类，DEMO是没有意义的 ， 我们先简单看一下里边常用的一些方法吧
1. 排队的时候 我们喜欢偷瞟美女 ，所以我们先看NODE 他是AbstractQueuedSynchronizer的内部类，也就是平时排队的个体（有美女 有帅哥 ）
static final class Node {
// 标记Node为共享模式
static final Node SHARED = new Node();
// 标记Node为独占模式
static final Node EXCLUSIVE = null;
// waitStatus 的几种状态
// 当前Node因为超时或中断被取消，进入该状态的节点不会再一次被阻塞
static final int CANCELLED = 1;
// node进入队列后 要确保前一个节点为SIGNAL 前一个节点释放的时候需要unpark进入队列的这个节点
static final int SIGNAL = -1;
//
static final int CONDITION = -2;
static final int PROPAGATE = -3;
// 还有 默认0 无状态
volatile int waitStatus;
// 双向队列 指向前一个个Node
volatile Node prev;
// 双向队列 指向后一个Nodesss
volatile Node next;
// 当前等待线程 ！！ Node的心脏
volatile Thread thread;
// 指向下一个在同一个condition里等待的node
// 或者一个特殊的值：SHARED
//conditions队列仅仅只能是独占模式 如果是共享模式 我们会用一个特殊的值标记SHARED
Node nextWaiter;
// 是否是共享模式
final boolean isShared() {
return nextWaiter == SHARED;
}
// 返回前一个Node
final Node predecessor() throws NullPointerException {
Node p = prev;
if (p == null)
throw new NullPointerException();
else
return p;
}
// 初始化head 和 共享标记的时候用
Node() {
}
// addWaiter用
Node(Thread thread, Node mode) {
this.nextWaiter = mode;
this.thread = thread;
}
// Condition 用
Node(Thread thread, int waitStatus) {
this.waitStatus = waitStatus;
this.thread = thread;
}
}
2. 排队的时候大家要试图去问问收银员 是否到自己了 这时候tryAcquire上场了（没有插队）
/**
* Attempts to acquire in exclusive mode. This method should query
* if the state of the object permits it to be acquired in the
* exclusive mode, and if so to acquire it.
* 尝试以独占锁模式去获取，他会查询state状态，如果允许他以独占锁模式获取 那就获取
* <p>This method is always invoked by the thread performing
* acquire. If this method reports failure, the acquire method
* may queue the thread, if it is not already queued, until it is
* signalled by a release from some other thread. This can be used
* to implement method {@link Lock#tryLock()}.
* 如果获取失败，会把当前线程放到队列里 直到这个线程被其他释放线程唤醒
* 也就是说你排队呢 拿着手机看抖音小媚媚 前边的人结账完了 回头叫你一声
* 嘿！别看了 结账了
* <p>The default
* implementation throws {@link UnsupportedOperationException}.
*
* @param arg the acquire argument.
* 这个值一般情况下都是1
*
* @return {@code true} if successful. Upon success, this object has
* been acquired.
* 如果获取成功 返回true
*/
protected boolean tryAcquire(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
什么鬼 ？ 就给我抛一个异常 ？ AQS只是一个思想，它的类里只有一个流程 没有具体实现 。
什么模式？ 是不是跟”模板方法“很像
我们找一个实现吧 ReentrantLock#FairSync#tryAcquire 看一下类图
/**
* Sync object for fair locks
*/
static final class FairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = -3000897897090466540L;
//锁方法
final void lock() {
acquire(1);
}
/**
* Fair version of tryAcquire. Don't grant access unless
* recursive call or no waiters or is first.
* tryAcquire的公平版，只有是递归调用或者是waiters或者是first的是会后才给获取权限
* 没有很懂：理解就是满足一定条件（公平）才可以获取锁
*/
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
// 获取当前线程
final Thread current = Thread.currentThread();
// 获取状态 这个就是两个核心中的一个 : 状态位state
// 这个直接调用的父类 AQS的getState()方法
// 继承的好处： 就是爸爸有的你也有
int c = getState();
// 如果是0 那就是木有人占有 这时候准备修改状态
if (c == 0) {
// 1.hasQueuedPredecessors： 判断是否有其他线程比当前线程等待时间长
// 2.compareAndSetState ： CAS 线程安全的 设置state状态 0->acquires
//
if (!hasQueuedPredecessors() &&
compareAndSetState(0, acquires)) {
// 设置独占线程为当前线程
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
// 如果state不等于0 看一下占用state的是不是当前线程
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
// 如果当前线程占用state 那就是重入了 state总数就+acquires
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0)
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
// 如果没有获取 就返回false
return false;
}
}
3. tryAcquire是获取锁 也就是去看看能不能到自己呢
比如你去逛街买烧饼，烧饼摊前排起了长龙，你后边看了一眼，轮不到自己，那怎么办 ？
为了爱吃烧饼的女朋友，当然是需要排队了
AbstractQueuedSynchronizer#acquire
/**
* Acquires in exclusive mode, ignoring interrupts.
* 申请独占锁，忽略中断
* Implemented by invoking at least once {@link #tryAcquire},
* returning on success.
* Otherwise the thread is queued, possibly
* repeatedly blocking and unblocking, invoking {@link
* #tryAcquire} until success.
* 至少调用一次tryAcquire ，如果成功就得了，不成功就把当前线程放到等待队列里
* 核心2：双向等待队列出现了
*/
public final void acquire(int arg) {
// tryAcquire 看2例子
// addWaiter(独占方式加入队列) AQS 方法
// acquireQueued 这是一个死循环动作， 直到获取锁 也就是买到烧饼
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
AbstractQueuedSynchronizer#addWaiter
/**
* Creates and enqueues node for current thread and given mode.
* 你排队了，需要把你包装一下 因为你不再是你，你成了队伍中的一员
* 现实中可能会给你一个号码 或者给你一个宣传单 或者先给你点儿小吃吃着
* @param mode Node.EXCLUSIVE for exclusive, Node.SHARED for shared
* @return the new node
*/
private Node addWaiter(Node mode) {
// 包装
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
// 获取队列尾部元素
Node pred = tail;
// 如果尾部元素不是null 那就追加
// 下边这个过程 就是队列尾部cas方式追加新元素 tail指向新元素
if (pred != null) {X
// 当前插入的node的前一个node设置为tail
node.prev = pred;
// cas把tail设置为刚添加的元素
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
// 老tail 的下一个元素 指向新node
pred.next = node;
return node;
}
}
// 如果是null 那就一般情况下是需要初始化队列
enq(node);
return node;
}
/**
* Inserts node into queue, initializing if necessary
* 插入node到队列，如果有必要，会进行队列初始化
* @param node the node to insert
* @return node's predecessor
*/
private Node enq(final Node node) {
// 死等 直到成功为止
for (;;) {
Node t = tail;
// 如果是null 初始化
if (t == null) {
// 设置一个新Node为head 并且tail也指向这个node
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
// 设置node上一个元素为t（刚添加的空node）
node.prev = t;
// cas设置tail为node (来排队的人)
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
/**
* Acquires in exclusive uninterruptible mode for thread already in
* queue. Used by condition wait methods as well as acquire.
* 在queue中的线程以独占并且不中断模式申请锁
* @param node the node
* @param arg the acquire argument
* @return {@code true} if interrupted while waiting
*/
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
// 中断设置为false
boolean interrupted = false;
for (;;) {
//获取当前Node的前一个Node
final Node p = node.predecessor();
// 如果前一个Node是head，该小强买了 来1个烧饼
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
// 设置小强为head 这样他的下一个人就知道可以轮到他了
setHead(node);
// 加快gc
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
// 如果没有获取 接着来
//1. shouldParkAfterFailedAcquire 检查状态 如果状态合适就park
//2. parkAndCheckInterrupt 稍等片刻
//3. 等着被unpark吧 坐等前边人买完了叫你
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
// 失败 因为某种异常结束了 但是没有获取成功
// 取消获取锁的这个资格
// 比如小月月肚子疼 那就让他走吧 没资格吃烧饼了
// 这个方法就不看了 主要就是吧小月月的前一个人的next 设置为 小月月的后一个人
// 然后把小月月的后一个人的prev设置为小月月的前一个人
// 类比：链表的删除操作
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
/**
* Checks and updates status for a node that failed to acquire.
* 检查并设置获取锁失败的node的状态
* Returns true if thread should block. This is the main signal
* 如果node需要阻塞 返回true
* control in all acquire loops. Requires that pred == node.prev.
*
* @param pred 前一个节点
* @param node 当前加入的节点
* @return {@code true} 如果可以阻塞 返回true
*/
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus;
//
if (ws == Node.SIGNAL)
// SIGNAL 状态 可安全park
return true;
if (ws > 0) {
/*
* Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
* indicate retry.
* 状态大于0 那就是被取消了 需要往前找一个合法的node
* 也就是下月月肚子疼要走了，需要让他前边的那个人的后一个人变成小月月后边的那个人
* 类似于删除链表节点
*/
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
// 将合法的node的next设置为当前node
pred.next = node;
} else {
/*
* waitStatus must be 0 or PROPAGATE. Indicate that we
* need a signal, but don't park yet. Caller will need to
* retry to make sure it cannot acquire before parking.
*/
// 设置状态为 为SIGNAL
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}
/**
* Convenience method to park and then check if interrupted
* PARK 并检查是否是终端
* @return {@code true} if interrupted
*/
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
// park 也是阻塞的一种 类比wait
LockSupport.park(this);
// 需要看一下 park过程中有没有被中断
return Thread.interrupted();
}
4. new Node() -> tryAcquire ->tryRelease 小强-->排队买到饼-->走开通知下一个人买饼
/**
* Releases in exclusive mode. Implemented by unblocking one or
* more threads if {@link #tryRelease} returns true.
* This method can be used to implement method {@link Lock#unlock}.
*
* @param arg the release argument. This value is conveyed to
* {@link #tryRelease} but is otherwise uninterpreted and
* can represent anything you like.
* @return the value returned from {@link #tryRelease}
*/
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
// 如果head不为空 并且waitStatus不是0 需要通知下一个Node
// 买完了 告诉后边那个看抖音的人 该他买了
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
protected final boolean tryRelease(int releases) {
// state-需要释放的数量
int c = getState() - releases;
// 如果占有线程不是当前线程 抛异常
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
//
boolean free = false;
// 如果c ==0 也就是释放完了 lock lock release release
if (c == 0) {
free = true;
// 设置占有线程为null
setExclusiveOwnerThread(null);
}
// 设置状态位 == 0
setState(c);
return free;
}
/**
* Wakes up node's successor, if one exists.
* 如果存在下一个Node的话 唤醒它
* @param node the node
*/
private void unparkSuccessor(Node node) {
// 先设置当前Node状态 为0 也就是说拜拜了
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
/*
* Thread to unpark is held in successor, which is normally
* just the next node. But if cancelled or apparently null,
* traverse backwards from tail to find the actual
* non-cancelled successor.
*/
// 循环找一个合法的next
// 小强买完了看看后那个人是不是合法 万一他是小月月，正闹肚子呢 已经取消了cancelled
// 那肯定不唤醒他 让他拉粑粑去吧 接着看下月月的下一个是否合法 直到找见一个合法的 叫他来买饼
Node s = node.next;
if (s == null || s.waitStatus > 0) {
s = null;
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
// 唤醒 unpark
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread);
}
三、 假装学术讨论
-
本来挺清楚，看了看代码，感觉进山了，那句话说的好：只缘身在此山中
来一个山的全貌：
-
我看完了觉得 其实也没几件事
（1） 尝试获取锁
（2）如果自己是第一个来 初始化列表 获取锁
（3） 如果自己不是第一个来 加入队列等待被叫
（4）被叫醒 执行操作
（5）操作执行完 释放锁 叫下一个人执行
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