Java多線程——帶你看AQS框架源碼

stackvoid 發(fā)布于2019-08-19 11:04 / 2363人閱讀

摘要：作用是存儲獲取鎖失敗的阻塞線程。獨占模式下，鎖是線程獨占的，而共享模式下，鎖是可以被多個線程占用的。等方法就是讓線程阻塞加入隊列喚醒線程等。該方法其實就是自旋嘗試獲取鎖或阻塞線程子類實現(xiàn)決定。

AQS，全稱AbstractQueuedSynchronizer，是Concurrent包鎖的核心，沒有AQS就沒有Java的Concurrent包。它到底是個什么，我們來看看源碼的第一段注解是怎么說明

看完第一段，總結(jié)下

AQS是一個同步的基礎(chǔ)框架，基于一個先進(jìn)先出的隊列。

鎖機(jī)制基于一個狀態(tài)值，它是原子值。

AQS的子類負(fù)責(zé)定義與操作這個狀態(tài)值，但必須通過AQS提供的原子操作

AQS剩余的方法就是圍繞隊列，與線程阻塞喚醒等功能

基于以上概念，我們看看源碼到底是這么實現(xiàn)這些功能的

AQS的成員變量

state

private volatile int state;
該變量標(biāo)記為volatile，說明該變量是對所有線程可見的。作用在于每個線程改變該值，都會馬上讓其他線程可見，在CAS（可見鎖概念與鎖優(yōu)化）的時候是必不可少的。在AQS類中，不會直接操作這個值，而是交由它的子類去操作和定義他的作用。

Node、head、tail

AQS中有一個靜態(tài)內(nèi)部類Node，其實現(xiàn)是一個雙向鏈表。head與tail則是這個鏈表的頭尾指針。作用是存儲獲取鎖失敗的阻塞線程。同樣的，這個鏈表是會被多個線程操作的，所以它里面的變量多是被標(biāo)記為volatile，并且操作也要通過CAS等原子方法去執(zhí)行。
Node還有一個模式的屬性：獨占模式和共享模式。獨占模式下，鎖是線程獨占的，而共享模式下，鎖是可以被多個線程占用的。

VarHandler

對于大多數(shù)需要操作的原子屬性，都對應(yīng)會有一個大寫的值，它的類是VarHandler。例如state、head、tail都有對應(yīng)的VarHandler，STATE、HEAD、TAIL。VarHandler是1.9的新特性，提供了類似于原子操作以及Unsafe操作的功能，里面的原子操作大多是native方法，比較難查看源碼。

ConditionObject

條件隊列，是AQS中一個非常關(guān)鍵內(nèi)部類。這個名字起非常奇異，讓人搞不懂，看它類注釋也看不懂說了什么。看看AQS頭部注解

這個類是為了讓子類支持獨占模式的。深入看其中的源碼實現(xiàn)，其實就是Node在功能性上的封裝，最終讓子類實現(xiàn)讓當(dāng)前線程怎么獨占一個Object鎖。await()、dosign()等方法就是讓線程阻塞、加入隊列、喚醒線程等。AQS框架下基本各種獨占的加鎖，解鎖等操作到最后都是基于這個類實現(xiàn)的。該類是提供給子類去使用的，具體實現(xiàn)等下次說ReentranLock再深入了解。有人可能覺得為什么實現(xiàn)這個內(nèi)部類，又不用，而是給子類去用，那為什么不放到子類去呢？其實答案，很簡單，抽象加模板模式。

p.s. 只有獨占鎖才能配合該類使用。

AQS的成員函數(shù)

AQS的公用的方法，主要是加鎖與解鎖方法。以下方法只提供了模板，部分實現(xiàn)還是在子類當(dāng)中，直接調(diào)用會拋出異常。

acquire()

嘗試獲取鎖，失敗則進(jìn)入隊列。

先執(zhí)行tryAcquire()（子類實現(xiàn)），成功則直接返回，如果是獲取鎖失敗，則執(zhí)行addWaiter()，通過CAS在雙向鏈表的尾部添加一個新獨占節(jié)點。

然后把節(jié)點丟到acquireQueued()中執(zhí)行。該方法其實就是自旋嘗試獲取鎖或阻塞線程（子類實現(xiàn)決定）。一開始，獲取新節(jié)點的前驅(qū)節(jié)點，如果這個節(jié)點是head，則證明只有兩個節(jié)點，此時再次執(zhí)行tryAcquire()嘗試獲取鎖，若獲取成功，則不需要中斷，成功結(jié)束。

如果還是獲取失敗，則執(zhí)行shouldParkAfterFailedAcquire()，根據(jù)前驅(qū)節(jié)點狀態(tài)（子類設(shè)值）判斷是否繼續(xù)自旋（當(dāng)waitStatus為初始值，重復(fù)上一步，直到前面的節(jié)點一直在減少到前驅(qū)節(jié)點為head）或者阻塞線程（當(dāng)waitStatus標(biāo)記為SIGNAL）

最后如果acquireQueued()返回需要阻塞，則執(zhí)行selfInterrupt()設(shè)置線程為中斷

可以看回acquire()函數(shù)的寫法，十分的藝術(shù)。利用條件判斷的短路規(guī)則，實現(xiàn)在if()條件內(nèi)嵌套判斷執(zhí)行語音。一般人(筆者本人)如果要實現(xiàn)這個功能，會這么寫