Java多線程進(jìn)階（九）—— J.U.C之locks框架：AQS共享功能剖析(4)

CompileYouth 發(fā)布于2019-08-19 10:50 / 1978人閱讀

摘要：好了，繼續(xù)向下執(zhí)行，嘗試獲取鎖失敗后，會(huì)調(diào)用首先通過方法，將包裝成共享結(jié)點(diǎn)，插入等待隊(duì)列，插入完成后隊(duì)列結(jié)構(gòu)如下然后會(huì)進(jìn)入自旋操作，先嘗試獲取一次鎖，顯然此時(shí)是獲取失敗的主線程還未調(diào)用，同步狀態(tài)還是。

本文首發(fā)于一世流云的專欄：https://segmentfault.com/blog...

一、本章概述

AQS系列的前三個(gè)章節(jié)，我們通過ReentrantLock的示例，分析了AQS的獨(dú)占功能。
本章將以CountDownLatch為例，分析AQS的共享功能。CountDownLatch，是J.U.C中的一個(gè)同步器類，可作為倒數(shù)計(jì)數(shù)器使用，關(guān)于CountDownLatch的使用和說明，讀者可以參考：
Java多線程進(jìn)階（十八）—— J.U.C之synchronizer框架：CountDownLatch。

CountDownLatch示例
 假設(shè)現(xiàn)在有3個(gè)線程，ThreadA、ThreadB、mainThread，CountDownLatch初始計(jì)數(shù)為1：
CountDownLatch switcher = new CountDownLatch(1);

線程的調(diào)用時(shí)序如下：

//ThreadA調(diào)用await()方法等待

//ThreadB調(diào)用await()方法等待

//主線程main調(diào)用countDown()放行

二、AQS共享功能的原理 1. 創(chuàng)建CountDownLatch

CountDownLatch的創(chuàng)建沒什么特殊，調(diào)用唯一的構(gòu)造器，傳入一個(gè)初始計(jì)數(shù)值，內(nèi)部實(shí)例化一個(gè)AQS子類：

CountDownLatch switcher = new CountDownLatch(1);

可以看到，初始計(jì)數(shù)值count其實(shí)就是同步狀態(tài)值，在CountDownLatch中，同步狀態(tài)State表示CountDownLatch的計(jì)數(shù)器的初始大小。

2. ThreadA調(diào)用await()方法等待

CountDownLatch的await方法是響應(yīng)中斷的，該方法其實(shí)是調(diào)用了AQS的acquireSharedInterruptibly方法：

注意tryAcquireShared方法，該方法嘗試獲取鎖，由AQS子類實(shí)現(xiàn)，其返回值的含義如下：

State	資源的定義
小于0	表示獲取失敗
0	表示獲取成功
大于0	表示獲取成功，且后繼爭(zhēng)用線程可能成功

CountDownLatch中的tryAcquireShared實(shí)現(xiàn)相當(dāng)簡(jiǎn)單，當(dāng)State值為0時(shí)，永遠(yuǎn)返回成功：

我們之前說了在CountDownLatch中，同步狀態(tài)State表示CountDownLatch的計(jì)數(shù)器的初始值，當(dāng)State==0時(shí)，表示無鎖狀態(tài)，且一旦State變?yōu)?，就永遠(yuǎn)處于無鎖狀態(tài)了，此時(shí)所有線程在await上等待的線程都可以繼續(xù)執(zhí)行。
而在ReentrantLock中，State==0時(shí)，雖然也表示無鎖狀態(tài)，但是只有一個(gè)線程可以重置State的值。這就是共享鎖的含義。

好了，繼續(xù)向下執(zhí)行，ThreadA嘗試獲取鎖失敗后，會(huì)調(diào)用doAcquireSharedInterruptibly：

首先通過addWaiter方法，將ThreadA包裝成共享結(jié)點(diǎn)，插入等待隊(duì)列，插入完成后隊(duì)列結(jié)構(gòu)如下：

然后會(huì)進(jìn)入自旋操作，先嘗試獲取一次鎖，顯然此時(shí)是獲取失敗的（主線程main還未調(diào)用countDown，同步狀態(tài)State還是1）。
然后判斷是否要進(jìn)入阻塞（shouldParkAfterFailedAcquire）：

好了，至此，ThreadA進(jìn)入阻塞態(tài)，最終隊(duì)列結(jié)構(gòu)如下：

3. ThreadB調(diào)用await()方法等待

流程和步驟2完全相同，調(diào)用后ThreadB也被加入到等待隊(duì)列中：

4. 主線程main調(diào)用countDown()放行

ThreadA和ThreadB調(diào)用了await()方法后都在等待了，現(xiàn)在主線程main開始調(diào)用countDown()方法，該方法調(diào)用后，ThreadA和ThreadB都會(huì)被喚醒，并繼續(xù)往下執(zhí)行，達(dá)到類似門栓的作用。

來看下countDown方法的內(nèi)部：

該方法內(nèi)部調(diào)用了AQS的releaseShared方法，先嘗試一次釋放鎖，tryReleaseShared方法是一個(gè)鉤子方法，由CountDownLatch實(shí)現(xiàn)，當(dāng)同步State狀態(tài)值首次變?yōu)?時(shí)，會(huì)返回true：

先調(diào)用compareAndSetWaitStatus將頭結(jié)點(diǎn)的等待狀態(tài)置為0，表示將喚醒后續(xù)結(jié)點(diǎn)（ThreadA），成功后的等待隊(duì)列結(jié)構(gòu)如下：

然后調(diào)用unparkSuccessor喚醒后繼結(jié)點(diǎn)（ThreadA被喚醒后會(huì)從原阻塞處繼續(xù)往下執(zhí)行，這個(gè)在步驟5再講）：

此時(shí)，等待隊(duì)列結(jié)構(gòu)如下：

5. ThreadA從原阻塞處繼續(xù)向下執(zhí)行

ThreadA被喚醒后，會(huì)從原來的阻塞處繼續(xù)向下執(zhí)行：
由于是一個(gè)自旋操作，ThreadA會(huì)再次嘗試獲取鎖，由于此時(shí)State同步狀態(tài)值為0（無鎖狀態(tài)），所以獲取成功。然后調(diào)用setHeadAndPropagate方法：

setHeadAndPropagate方法把ThreadA結(jié)點(diǎn)變?yōu)轭^結(jié)點(diǎn)，并根據(jù)傳播狀態(tài)判斷是否要喚醒并釋放后繼結(jié)點(diǎn)：

①將ThreadA變成頭結(jié)點(diǎn)

②調(diào)用doReleaseShared方法，釋放并喚醒ThreadB結(jié)點(diǎn)

6. ThreadB從原阻塞處繼續(xù)向下執(zhí)行

ThreadB被喚醒后，從原阻塞處繼續(xù)向下執(zhí)行，這個(gè)過程和步驟5（ThreadA喚醒后繼續(xù)執(zhí)行）完全一樣。

setHeadAndPropagate方法把ThreadB結(jié)點(diǎn)變?yōu)轭^結(jié)點(diǎn)，并根據(jù)傳播狀態(tài)判斷是否要喚醒并釋放后繼結(jié)點(diǎn)：

①將ThreadB變成頭結(jié)點(diǎn)

②調(diào)用doReleaseShared方法，釋放并喚醒后繼結(jié)點(diǎn)（此時(shí)沒有后繼結(jié)點(diǎn)了，則直接break）：

最終隊(duì)列狀態(tài)如下：

三、總結(jié)

AQS的共享功能，通過鉤子方法tryAcquireShared暴露，與獨(dú)占功能最主要的區(qū)別就是：

共享功能的結(jié)點(diǎn)，一旦被喚醒，會(huì)向隊(duì)列后部傳播（Propagate）狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)共享結(jié)點(diǎn)的連續(xù)喚醒。這也是共享的含義，當(dāng)鎖被釋放時(shí)，所有持有該鎖的共享線程都會(huì)被喚醒，并從等待隊(duì)列移除。