Jdk1.6 JUC源码解析(6)-locks-AbstractQueuedSynchronizer
作者：大飞
功能简介：
- AbstractQueuedSynchronizer(以下简称AQS)是Java并发包提供的一个同步基础机制，是并发包中实现Lock和其他同步机制(如:Semaphore、CountDownLatch和FutureTask等)的基础。
- AQS内部包含一个FIFO的同步等待队列，简单的说，没有成功获取控制权的线程会在这个队列中等待。
- AQS内部管理了一个原子的int域作为内部状态信息，并提供了一些方法来访问该域，基于AQS实现的同步机制可以按自己的需要来灵活使用这个int域，比如:ReentrantLock用它记录锁重入次数；CountDownLatch用它表示内部的count；FutureTask用它表示任务运行状态(Running,Ran和Cancelled)；Semaphore用它表示许可数量。
- AQS提供了独占和共享两种模式。在独占模式下，当一个线程获取了AQS的控制权，其他线程获取控制权的操作就会失败；但在共享模式下，其他线程的获取控制权操作就可能成功。并发包中的同步机制如ReentrantLock就是典型的独占模式，Semaphore是共享模式；也有同时使用两种模式的同步机制，如ReentrantReadWriteLock。
- AQS内部提供了一个ConditionObject类来支持独占模式下的(锁)条件，这个条件的功能与Object的wait和notify/notifyAll的功能类似，但更加明确和易用。
- AQS一般的使用方式为定义一个实现AQS的非公有的内部帮助类作为内部代理，来实现具体同步机制的方法，如Lock的lock和unlock；AQS中也提供一些检测和监控内部队列和条件对象的方法，具体同步机制可以按需使用这些方法；AQS内部只有一个状态，即原子int域，如果基于AQS实现的类需要做序列化/反序列化，注意这一点。
源码分析：
- 内部等待队列：
首先我们先做一个简单的概览，内部的同步等待队列是由一系列节点组成的一个链表。如果要将一个线程入队(竞争失败，进入队列等待)，只需将这个线程及相关信息组成一个节点，拼接到队列链表尾部(尾节点)即可；如果要将一个线程出队(竞争成功)，只需重新设置新的队列首部(头节点)即可。 接下来先看一下组成同步等待队列的节点的类：
static final class Node {
/** 表示节点在共享模式下等待的常量 */
static final Node SHARED = new Node();
/** 表示节点在独占模式下等待的常量 */
static final Node EXCLUSIVE = null;
/** 表示当前节点的线程被取消 */
static final int CANCELLED = 1;
/** 表示后继节点的线程需要被唤醒 */
static final int SIGNAL = -1;
/** 表示当前节点的线程正在等待某个条件 */
static final int CONDITION = -2;
/**
* 表示接下来的一个共享模式请求(acquireShared)要无条件的传递(往后继节点方向)下去
*/
static final int PROPAGATE = -3;
/**
* 等待状态域, 取以下值:
* SIGNAL: 当前节点的后继节点已经(或即将)被阻塞，所以如果当前节点释放(控制权)
* 或者被取消时，必须唤醒其后继节点。为了避免竞争，请求方法必须首先
* 声明它们需要一个信号，然后(原子的)调用请求方法，如果失败，当前线程
* 进入阻塞状态。
* CANCELLED: 表示当前节点已经被取消(由于超时或中断)，节点一旦进入被取消状态，就
* 不会再变成其他状态了。具体来说，一个被取消节点的线程永远不会再次被
* 阻塞
* CONDITION: 表示当前节点正处在一个条件队列中。当前节点直到转移时才会被作为一个
* 同步队列的节点使用。转移时状态域会被设置为0。(使用0值和其他定义值
* 并没有关系，只是为了简化操作)
* PROPAGATE: 表示一个共享的释放操作(releaseShared)应该被传递到其他节点。该状态
* 值在doReleaseShared过程中进行设置(仅在头节点)，从而保证持续传递，
* 即使其他操作已经开始。
* 0: None of the above
*
* 这些状态值之所以用数值来表示，目的是为了方便使用，非负的值意味着节点不需要信号(被唤醒)。
* 所以，一些代码中不需要针对特殊值去做检测，只需要检查符号(正负)即可。
*
* 针对普通的同步节点，这个域被初始化为0；针对条件(condition)节点，初始化为CONDITION(-2)
* 需要通过CAS操作来修改这个域(如果可能的话，可以使用volatile写操作)。
*/
volatile int waitStatus;
/**
* 指向当前节点的前驱节点，用于检测等待状态。这个域在入队时赋值，出队时置空。
* 而且，在取消前驱节点的过程中，可以缩短寻找非取消状态节点的过程。由于头节点
* 永远不会取消(一个节点只有请求成功才会变成头节点，一个被取消的节点永远不可
* 能请求成功，而且一个线程只能取消自己所在的节点)，所以总是存在一个非取消状态节点。
*/
volatile Node prev;
/**
* 指向当前节点的后继节点，释放(控制权)时会唤醒该节点。这个域在入队时赋值，在跳过
* 取消状态节点时进行调整，在出队时置空。入队操作在完成之前并不会对一个前驱节点的
* next域赋值，所以一个节点的next域为null并不能说明这个节点在队列尾部。然而，如果
* next域为null，我们可以从尾节点通过前驱节点往前扫描来做双重检测。取消状态节点的
* next域指向自身，这样可以简化isOnSyncQueue的实现。
*/
volatile Node next;
/**
* 使当前节点入队的线程。在构造构造的时候初始化，使用后置为null。
*/
volatile Thread thread;
/**
* 指向下一个条件等待状态节点或者为特殊值(SHARED)。由于条件队列只有在独占模式下才
* 能访问，所以我们只需要一个普通的链表队列来保存处于等待状态的节点。它们在重新请
* 求的时候会转移到同步队列。由于条件只存在于独占模式下，所以如果是共享模式，就将
* 这域保存为一个特殊值(SHARED)。
*/
Node nextWaiter;
/**
* Returns true if node is waiting in shared mode
*/
final boolean isShared() {
return nextWaiter == SHARED;
}
/**
* Returns previous node, or throws NullPointerException if null.
* Use when predecessor cannot be null. The null check could
* be elided, but is present to help the VM.
*
* @return the predecessor of this node
*/
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;
}
}
说明：节点类Node内部定义了一些常量，如节点模式、等待状态；Node内部有指向其前驱和后继节点的引用(类似双向链表)；Node内部有保存当前线程的引用；Node内部的nextWaiter域在共享模式下指向一个常量SHARED，在独占模式下为null或者是一个普通的等待条件队列(只有独占模式下才存在等待条件)。 再看一下AQS中同步等待队列相关的域：
/**
* 同步等待队列的头节点，延迟初始化。除了初始化之外，只能通过setHead方法来改变
* 这个域。注：如果头结点存在，那么它的waitStatus可以保证一定不是CANCELLED。
*/
private transient volatile Node head;
/**
* 同步等待队列的尾节点，延迟初始化。只有通过enq方法添加一个新的等待节点的时候
* 才会改变这个域。
*/
private transient volatile Node tail;
- 内部状态值：
/**
* The synchronization state.
*/
private volatile int state;
/**
* Returns the current value of synchronization state.
* This operation has memory semantics of a <tt>volatile</tt> read.
* @return current state value
*/
protected final int getState() {
return state;
}
/**
* Sets the value of synchronization state.
* This operation has memory semantics of a <tt>volatile</tt> write.
* @param newState the new state value
*/
protected final void setState(int newState) {
state = newState;
}
/**
* Atomically sets synchronization state to the given updated
* value if the current state value equals the expected value.
* This operation has memory semantics of a <tt>volatile</tt> read
* and write.
*
* @param expect the expected value
* @param update the new value
* @return true if successful. False return indicates that the actual
* value was not equal to the expected value.
*/
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
// See below for intrinsics setup to support this
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
- 上面已经看到AQS内部的整体数据结构，一个同步等待队列+一个(原子的)int域。下面来从请求和释放两条主线来进行相关代码分析。
首先看一下独占模式下，忽略中断的请求方法：
/**
* 独占模式下进行请求，忽略中断。方法实现中至少会调用一次tryAcquire方法，
* 请求成功后方法返回。否则当前线程会排队，可能会重复的阻塞和解除阻塞，
* 执行tryAcquire方法，直到成功。这个方法可以用来实现Lock的lock方法。
*
* @param arg the acquire argument. 这个值被传递给tryAcquire方法，值在
* 这里并没有实际意义，如果基于AQS实现自己的同步机制(可能要实现
* tryAcquire方法)，可以灵活利用这个值。
*/
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}acquire方法中首先调用tryAcquire方法，如果tryAcquire返回true，说明请求成功，直接返回；否则，继续调用acquireQueued方法，如果acquireQueued方法返回true，还需要调用一下selfInterrupt方法。 首先看一下tryAcquire方法，该方法在AQS中并没有具体实现，而是开放出来，交由子类去实现。
/**
* 在独占模式下尝试请求(控制权)。这个方法(实现)应该查看一下对象的
* 状态是否允许在独占模式下请求，如果允许再进行请求。
*
* 这个方法总是被请求线程执行，如果方法执行失败，会将当前线程放到
* 同步等待队列中(如果当前线程还不在同步等待队列中)，直到被其他线程的释放
* 操作唤醒。可以用来实现Lock的tryLock方法。
*
* 该方法默认抛出UnsupportedOperationException异常。
*
* @param arg the acquire argument. This value is always the one
* passed to an acquire method, or is the value saved on entry
* to a condition wait. The value is otherwise uninterpreted
* and can represent anything you like.
* @return {@code true} if successful. Upon success, this object has
* been acquired.
* @throws IllegalMonitorStateException if acquiring would place this
* synchronizer in an illegal state. This exception must be
* thrown in a consistent fashion for synchronization to work
* correctly.
* @throws UnsupportedOperationException if exclusive mode is not supported
*/
protected boolean tryAcquire(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}接下来调用acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)，先看下其中的addWaiter方法。
/**
* Creates and enqueues node for current thread and given mode.
*
* @param mode Node.EXCLUSIVE for exclusive, Node.SHARED for shared
* @return the new node
*/
private Node addWaiter(Node mode) {
//根据当前线程和模式创建一个Node。
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
//尝试快速入队，失败的话再执行正常的入队过程
Node pred = tail;
if (pred != null) {
//如果同步等待队列尾节点不为null,将当前(线程的)Node链接到尾节点。
node.prev = pred;
//尝试将当前Node设置(原子操作)为同步等待队列的尾节点。
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
//如果设置成功，完成链接(pred的next指向当前节点)。
pred.next = node;
//返回当前节点。
return node;
}
}
//如果同步等待队列尾节点为null，或者快速入队过程中设置尾节点失败，
//进行正常的入队过程，调用enq方法。
enq(node);
//返回当前节点。
return node;
}看一下入队方法。
/**
* Inserts node into queue, initializing if necessary. See picture above.
* @param node the node to insert
* @return node's predecessor
*/
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { // Must initialize
/*
* 如果同步等待队列尾节点为null，说明还没有任何线程进入同步等待队列，
* 这时要初始化同步等待队列：创建一个(dummy)节点，然后尝试将这个
* 节点设置(CAS)为头节点，如果设置成功，将尾节点指向头节点
* 也就是说，第一次有线程进入同步等待队列时，要进行初始化，初始化
* 的结果就是头尾节点都指向一个哑(dummy)节点。
*/
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
//将当前(线程)节点的前驱节点指向同步等待队列的尾节点。
node.prev = t;
//注意节点拼接到同步等待队列总是分为3个步骤：1.将其prev引用指向尾节点 2.尝试将其设置为尾节点 3.将其prev节点(第2步之前的尾节点)的next指向其本身。
//所以一个节点为尾节点，可以保证prev一定不为null，但无法保证其prev的next不为null。所以后续的一些方法内会看到很多对同步等待队列的反向遍历。
//尝试将当前节点设置为同步等待队列的尾节点。
if (compareAndSetTail(t, node)) {
//如果成功，将之前尾节点的后继节点指向当前节点(现在的尾节点)，完成节点拼接。
t.next = node;
//返回之前的尾节点。
return t;
}
}
}
}现在可以看acquireQueued方法。
/**
* Acquires in exclusive uninterruptible mode for thread already in
* queue. Used by condition wait methods as well as acquire.
*
* @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 {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
//找到当前节点的前驱节点p
final Node p = node.predecessor();
/*
* 检测p是否为头节点，如果是，再次调用tryAcquire方法
* (这里可以体现出acquire方法执行过程中tryAcquire方法
* 至少被调用一次)。
*/
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
//如果p节点是头节点且tryAcquire方法返回true。那么将
//当前节点设置为头节点。
//从这里可以看出，请求成功且已经存在队列中的节点会被设置成头节点。
setHead(node);
//将p的next引用置空，帮助GC，现在p已经不再是头节点了。
p.next = null; // help GC
//设置请求标记为成功
failed = false;
//传递中断状态，并返回。
return interrupted;
}
//如果p节点不是头节点，或者tryAcquire返回false，说明请求失败。
//那么首先需要判断请求失败后node节点是否应该被阻塞，如果应该
//被阻塞，那么阻塞node节点，并检测中断状态。
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
//如果有中断，设置中断状态。
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed) //最后检测一下如果请求失败(异常退出)，取消请求。
cancelAcquire(node);
}
}上面方法中如果请求成功，会将当前节点设置为同步等待队列的头节点。看一下设置为头节点的方法。
/**
* Sets head of queue to be node, thus dequeuing. Called only by
* acquire methods. Also nulls out unused fields for sake of GC
* and to suppress unnecessary signals and traversals.
*
* @param node the node
*/
private void setHead(Node node) {
head = node;
//请求成功，当前线程获取控制权，当前节点会取代之前(dummy)头节点的位置。所以置空thread和prev这些没用的域。
node.thread = null;
node.prev = null;
}继续看shouldParkAfterFailedAcquire方法。
/**
* 在一个节点请求失败时，检测并更新改节点的(等待)状态。如果当前
* 节点的线程应该被阻塞，那么返回true。这里是整个请求(循环)中主
* 要信号控制部分。方法的条件：pred == node.prev
*
* @param pred node's predecessor holding status
* @param node the node
* @return {@code true} if thread should block
*/
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
//获取当前节点的前驱节点的等待状态。
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL)
/*
* 如果当前节点的前驱节点的状态为SIGNAL，说明当前节点已经声明了需要唤醒，
* 所以可以阻塞当前节点了，直接返回true。
* 一个节点在其被阻塞之前需要线程"声明"一下其需要唤醒(就是将其前驱节点
* 的等待状态设置为SIGNAL，注意其前驱节点不能是取消状态，如果是，要跳过)
*/
return true;
if (ws > 0) {
/*
* 如果当前节点的前驱节点是取消状态，那么需要跳过这些(取消状态)前驱节点
* 然后重试。
*/
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
/*
* 这里等待状态一定是0或者PROPAGATE。这里将当前节点的前驱节点(非取消状态)的
* 等待状态设置为SIGNAL。来声明需要一个(唤醒)信号。接下来方法会返回false，
* 还会继续尝试一下请求，以确保在阻塞之前确实无法请求成功。
*/
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}再看一下进行实际阻塞操作的parkAndCheckInterrupt方法。
/**
* Convenience method to park and then check if interrupted
*
* @return {@code true} if interrupted
*/
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
//阻塞当前线程。
LockSupport.park(this);
//线程被唤醒，方法返回当前线程的中断状态，并重置当前线程的中断状态(置为false)。
return Thread.interrupted();
}看一下acquireQueued最后finally块中的cancelAcquire方法。
/**
* Cancels an ongoing attempt to acquire.
*
* @param node the node
*/
private void cancelAcquire(Node node) {
// Ignore if node doesn't exist
if (node == null)
return;
//跳过首先将要取消的节点的thread域置空。
node.thread = null;
//跳过状态为"取消"的前驱节点。
Node pred = node.prev;
//node前面总是会存在一个非"取消"状态的节点，所以这里不需要null检测。
while (pred.waitStatus > 0)
node.prev = pred = pred.prev;
// predNext节点(node节点前面的第一个非取消状态节点的后继节点)是需要"断开"的节点。
// 下面的CAS操作会达到"断开"效果，但(CAS操作)也可能会失败，因为可能存在其他"cancel"
// 或者"singal"的竞争
Node predNext = pred.next;
// Can use unconditional write instead of CAS here.
// After this atomic step, other Nodes can skip past us.
// Before, we are free of interference from other threads.
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
// 如果当前节点是尾节点，那么删除当前节点(将当前节点的前驱节点设置为尾节点)。
if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
//将前驱节点(已经设置为尾节点)的next置空。
compareAndSetNext(pred, predNext, null);
} else {
//如果当前节点不是尾节点，说明后面有其他等待线程，需要做一些唤醒工作。
// 如果当前节点不是头节点，那么尝试将当前节点的前驱节点
// 的等待状态改成SIGNAL，并尝试将前驱节点的next引用指向
// 其后继节点。否则，唤醒后继节点。
int ws;
if (pred != head &&
( (ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL || (ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL)) )
&& pred.thread != null) {
//如果当前节点的前驱节点不是头节点，那么需要给当前节点的后继节点一个"等待唤醒"的标记，
//即 将当前节点的前驱节点等待状态设置为SIGNAL，然后将其设置为当前节点的后继节点的前驱节点....(真绕!)
Node next = node.next;
if (next != null && next.waitStatus <= 0)
compareAndSetNext(pred, predNext, next);
} else {
//否则，唤醒当前节点的后继节点。
unparkSuccessor(node);
}
//前面提到过，取消节点的next引用会指向自己。
node.next = node; // help GC
}
}最后来看一下unparkSuccessor方法。
/**
* 如果node存在后继节点，唤醒后继节点。
*
* @param node the node
*/
private void unparkSuccessor(Node node) {
/*
* 如果node的等待状态为负数(比如:可能需要一个信号)，尝试去清空
* "等待唤醒"的状态(将状态置为0)，即使设置失败，或者该状态已经
* 被正在等待的线程修改，也没有任何影响。
*/
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0) //如果当前节点的状态小于0，尝试设置为0。
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
/*
* 需要唤醒的线程在node的后继节点，一般来说就是node的next引用指向的节点。
* 但如果next指向的节点被取消或者为null，那么就同步等待队列的队尾反向查找离
* 当前节点最近的且状态不是"取消"的节点。
*/
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;
}
if (s != null) //如果存在(需要唤醒的节点)，将该节点的线程唤醒。
LockSupport.unpark(s.thread);
}回到acquire方法，最后如果acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)返回true，说明当前线程被中断，会继续调用selfInterrupt方法。
/**
* Convenience method to interrupt current thread.
*/
private static void selfInterrupt() {
//中断当前线程。
Thread.currentThread().interrupt();
}
OK，现在来总结一下acquire方法中的逻辑：
1.调用tryAcquire方法进行(控制权)请求，如果请求成功，方法直接返回。
2.如果请求失败，那么会使用当前线程建立一个独占模式的节点，然后将节点放到同步等待队列的队尾。然后进入一个无限循环。(这个过程中会帮助完成同步等待队列的初始化，初始化过程中也可以看到，同步等待队列初始化后头尾节点都指向同一个哑节点。请求失败的线程(节点)进入队列时会链接到队列的尾部，如果同步等待队列内的线程(节点)请求成功，会将其设置为新的头节点。)
3.无限循环中会判断当前同步等待队列中是否有其他线程。
4. 如果没有，再次调用tryAcquire进行请求。
5.如果请求成功，将当前节点设置为同步等待队列头节点，向上传递中断状态，然后主循环退出。
6.如果同步等待队列中有其他线程(在当前线程前面)，或者前面第4步请求失败，那么首先需要检查当前节点是否已经设置”等待唤醒”标记，即将其非取消状态前驱节点的等待状态设置为SIGNAL。
7.如果未设置”等待唤醒”标记，进行标记设置，然后继续进行无限循环，进入第3步。
8.如果已经设置”等待唤醒”标记，那么阻塞当前线程(节点)。
9.当前节点(线程)被唤醒后，设置(传递)中断标记，然后继续进行无限循环，进入第3步。
10.最后在无限循环退出后，要判断请求是否失败(由于一些原因，循环退出，但请求失败)，如果失败，取消当前节点。
接下来看一下独占模式下，响应中断的请求方法，这个方法会抛出中断异常：
/**
* 独占模式下进行请求，如果当前线程被中断，放弃方法执行(抛出异常)，
* 方法实现中，首先会检查当前线程的中断状态，然后会执行至少一次
* tryAcquire方法，如果请求成功，方法返回；如果失败，当前线程会。
* 在同步等待队列中排队，可能会重复的被阻塞和被唤醒，并执行tryAcquire
* 方法直到成功或者当前线程被中断。可以用来实现Lock的lockInterruptibly。
*
* @param arg the acquire argument. This value is conveyed to
* {@link #tryAcquire} but is otherwise uninterpreted and
* can represent anything you like.
* @throws InterruptedException if the current thread is interrupted
*/
public final void acquireInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (!tryAcquire(arg)) //如果请求不成功，执行doAcquireInterruptibly方法。
doAcquireInterruptibly(arg);
}继续看一下doAcquireInterruptibly方法。
/**
* Acquires in exclusive interruptible mode.
* @param arg the acquire argument
*/
private void doAcquireInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException(); //区别
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
} 和前面的acquireQueued方法类似，区别基本上只是对中断状态的处理，这里没有将中断状态传递给上层，而是直接抛出InterruptedException异常，方法实现里其他方法的分析可以参考前面。
最后看一下独占模式下，响应中断并且支持超时的请求方法：
/**
* 独占模式下进行请求，如果当前线程被中断，放弃方法执行(抛出异常)，
* 如果给定的超时时间耗尽，方法失败。方法实现中，首先会检查当前线程
* 的中断状态，然后会执行至少一次tryAcquire方法，如果请求成功，方法
* 返回；如果失败，当前线程会在同步等待队列中排队，可能会重复的被阻塞和
* 被唤醒，并执行tryAcquire方法直到成功或者当前线程被中断或者超时时
* 间耗尽。可以用来实现Lock的tryLock(long, TimeUnit)。
*
* @param arg the acquire argument. This value is conveyed to
* {@link #tryAcquire} but is otherwise uninterpreted and
* can represent anything you like.
* @param nanosTimeout the maximum number of nanoseconds to wait
* @return {@code true} if acquired; {@code false} if timed out
* @throws InterruptedException if the current thread is interrupted
*/
public final boolean tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout) throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
return tryAcquire(arg) || //如果请求失败，调用doAcquireNanos方法。
doAcquireNanos(arg, nanosTimeout);
}继续看一下doAcquireNanos方法。
/**
* Acquires in exclusive timed mode.
*
* @param arg the acquire argument
* @param nanosTimeout max wait time
* @return {@code true} if acquired
*/
private boolean doAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout)
throws InterruptedException {
long lastTime = System.nanoTime();
final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return true;
}
if (nanosTimeout <= 0)
return false;
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
nanosTimeout > spinForTimeoutThreshold) //区别
LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout); //区别
long now = System.nanoTime();
nanosTimeout -= now - lastTime;
lastTime = now;
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
/**
* The number of nanoseconds for which it is faster to spin
* rather than to use timed park. A rough estimate suffices
* to improve responsiveness with very short timeouts.
*/
static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L; 和前面的doAcquireInterruptibly方法类似，区别在于方法实现里面加入了超时时间的检测，如果超时方法返回false。阻塞部分较之前也有区别，如果剩余的超时时间小于1000纳秒，方法自旋；否则当前线程阻塞一段时间(剩余超时时间时长)。方法实现里其他方法的分析可以参考前面。
看完了独占模式下的请求方法，继续分析共享模式下的请求方法。首先看下忽略中断的请求方法：
/**
* Acquires in shared mode, ignoring interrupts. Implemented by
* first invoking at least once {@link #tryAcquireShared},
* returning on success. Otherwise the thread is queued, possibly
* repeatedly blocking and unblocking, invoking {@link
* #tryAcquireShared} until success.
*
* @param arg the acquire argument. This value is conveyed to
* {@link #tryAcquireShared} but is otherwise uninterpreted
* and can represent anything you like.
*/
public final void acquireShared(int arg) {
//首先调用tryAcquireShared方法
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
//如果tryAcquireShared方法返回结果小于0，继续调用doAcquireShared方法。
doAcquireShared(arg);
}acquireShared方法中首先调用tryAcquireShared方法，如果tryAcquireShared返回值大于等于0，说明请求成功，直接返回；否则，继续调用doAcquireShared方法。先看一下tryAcquireShared方法，该方法在AQS中并没有具体实现，同样开放出来，交由子类去实现。
/**
* 在共享模式下尝试请求(控制权)。这个方法(实现)应该查看一下对象的
* 状态是否允许在共享模式下请求，如果允许再进行请求。
*
* 这个方法总是被请求线程执行，如果方法执行失败，会将当前线程放到
* 同步等待队列中(如果当前线程还不在同步等待队列中)，直到被其他线程的释放
* 操作唤醒。
*
* <p>The default implementation throws {@link
* UnsupportedOperationException}.
*
* @param arg the acquire argument. This value is always the one
* passed to an acquire method, or is the value saved on entry
* to a condition wait. The value is otherwise uninterpreted
* and can represent anything you like.
* @return 返回负数表示失败；返回0表示共享模式下的请求成功，但是接下来
* 的共享模式请求不会成功；返回正数表示共享模式请求成功，接下来
* 的共享模式请求也可以成功，当然前提是接下来的等待线程必须检测
* 对象的状态是否允许请求。(Support for three different
* return values enables this method to be used in contexts
* where acquires only sometimes act exclusively.) Upon
* success, this object has been acquired.
* @throws IllegalMonitorStateException if acquiring would place this
* synchronizer in an illegal state. This exception must be
* thrown in a consistent fashion for synchronization to work
* correctly.
* @throws UnsupportedOperationException if shared mode is not supported
*/
protected int tryAcquireShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}接下来看一下doAcquireShared方法。
/**
* Acquires in shared uninterruptible mode.
* @param arg the acquire argument
*/
private void doAcquireShared(int arg) {
//将当前线程以共享模式加入同步等待队列。
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
//请求主循环
for (;;) {
//获取当前节点的前驱节点p
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
//如果p是头节点。再次调用tryAcquireShared方法。
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
//如果tryAcquireShared方法执行成功，执行setHeadAndPropagate
setHeadAndPropagate(node, r);
//p节点被移除，置空next引用，帮助GC。
p.next = null; // help GC
if (interrupted)//检测中断状态，传递中断状态。
selfInterrupt();
//标记方法请求成功。
failed = false;
return;
}
}
//如果当前节点的前驱节点不是头节点，判断当前节点
//请求失败后是否要被阻塞，如果是，阻塞并保存当前线程中断状态。
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)//如果请求失败，取消当前节点。
cancelAcquire(node);
}
}上面的方法实现里，如果请求成功，会调用setHeadAndPropagate方法，看下这个方法的实现。
/**
* 将node设置为同步等待队列的头节点，并且检测一下node的后继节点是
* 否在共享模式下等待，如果是，并且propagate > 0 或者之前头节
* 点的等待状态是PROPAGATE，唤醒后续节点。
*
* @param node the node
* @param propagate the return value from a tryAcquireShared
*/
private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
Node h = head; // Record old head for check below
setHead(node);
/*
* 尝试去唤醒队列中的下一个节点，如果满足如下条件：
* 调用者明确表示"传递"(propagate > 0),
* 或者h.waitStatus为PROPAGATE(被上一个操作设置)
* (注:这里使用符号检测是因为PROPAGATE状态可能会变成SIGNAL状态)
* 并且
* 下一个节点处于共享模式或者为null。
*
* The conservatism in both of these checks may cause
* unnecessary wake-ups, but only when there are multiple
* racing acquires/releases, so most need signals now or soon
* anyway.
*/
if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0) {
Node s = node.next;
if (s == null || s.isShared())
doReleaseShared();
}
}继续看下doReleaseShared方法。
/**
* 共享模式下的释放(控制权)动作 -- 唤醒后继节点并保证传递。
* 注:在独占模式下，释放仅仅意味着如果有必要，唤醒头节点的
* 后继节点。
*/
private void doReleaseShared() {
/*
* 保证释放动作(向同步等待队列尾部)传递，即使没有其他正在进行的
* 请求或释放动作。如果头节点的后继节点需要唤醒，那么执行唤
* 动作；如果不需要，将头结点的等待状态设置为PROPAGATE保证
* 唤醒传递。另外，为了防止过程中有新节点进入(队列)，这里必
* 需做循环，所以，和其他unparkSuccessor方法使用方式不一样
* 的是，如果(头结点)等待状态设置失败，重新检测。
*/
for (;;) {
Node h = head;
//判断同步等待队列是否为空
if (h != null && h != tail) {
//如果不为空，获取头节点的等待状态。
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) {
//如果等待状态是SIGNAL，说明其后继节点需要唤醒
//尝试修改等待状态
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue; //如果修改失败，重新循环检测。
unparkSuccessor(h);//如果修改成功，唤醒头节点的后继节点。
}
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) //如果等待状态是0，尝试将其(头节点)设置为PROPAGATE
continue; // 如果设置失败，继续循环检测。
}
if (h == head) // 如果过程中头节点没有发生变化，循环退出；否则需要继续检测。
break;
}
}
总结一下acquireShared方法中的逻辑：
1.调用tryAcquireShared方法进行(控制权)请求，如果请求成功，方法直接返回。
2.如果请求失败，那么会使用当前线程建立一个共享模式的节点，然后将节点放到同步等待队列的队尾。然后进入一个无限循环。
3.无限循环中会判断当前同步等待队列中是否有其他线程。
4.如果没有，再次调用tryAcquireShared进行请求。
5.如果请求成功，将当前节点设置为同步等待队列头节点，同时检查是否需要继续唤醒下一个共享模式的节点，如果需要就继续执行唤醒动作。当然还会向上传递中断状态，然后主循环退出。
6.如果同步等待队列中有其他线程(在当前线程前面)，或者第4步的请求失败，那么首先需要检查当前节点是否已经设置”等待唤醒”标记，即将其非取消状态前驱节点的等待状态设置为SIGNAL。
7.如果未设置”等待唤醒”标记，进行标记设置，然后继续进行无限循环，进入第3步。
8.如果已经设置”等待唤醒”标记，那么阻塞当前线程(节点)。
9.当前节点(线程)被唤醒后，设置(传递)中断标记，然后继续进行无限循环，进入第3步。
10.最后在无限循环退出后，要判断请求是否失败(由于一些原因，循环退出，但请求失败)，如果失败，取消当前节点。
接下来看一下共享模式下，响应中断的请求方法，这个方法会抛出中断异常：
/**
* Acquires in shared mode, aborting if interrupted. Implemented
* by first checking interrupt status, then invoking at least once
* {@link #tryAcquireShared}, returning on success. Otherwise the
* thread is queued, possibly repeatedly blocking and unblocking,
* invoking {@link #tryAcquireShared} until success or the thread
* is interrupted.
* @param arg the acquire argument
* This value is conveyed to {@link #tryAcquireShared} but is
* otherwise uninterpreted and can represent anything
* you like.
* @throws InterruptedException if the current thread is interrupted
*/
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted()) //如果当前线程被中断，抛出中断异常。
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0) //首先调用tryAcquireShared请求方法，请求失败的话，继续调用doAcquireSharedInterruptibly方法。
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}继续看doAcquireSharedInterruptibly方法。
/**
* Acquires in shared interruptible mode.
* @param arg the acquire argument
*/
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException(); //区别
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
} 和doAcquireShared方法基本一致，唯一区别就是没有传递线程中断状态，而是直接抛出中断异常。
最后看一下共享模式下，响应中断并且支持超时的请求方法：
/**
* Attempts to acquire in shared mode, aborting if interrupted, and
* failing if the given timeout elapses. Implemented by first
* checking interrupt status, then invoking at least once {@link
* #tryAcquireShared}, returning on success. Otherwise, the
* thread is queued, possibly repeatedly blocking and unblocking,
* invoking {@link #tryAcquireShared} until success or the thread
* is interrupted or the timeout elapses.
*
* @param arg the acquire argument. This value is conveyed to
* {@link #tryAcquireShared} but is otherwise uninterpreted
* and can represent anything you like.
* @param nanosTimeout the maximum number of nanoseconds to wait
* @return {@code true} if acquired; {@code false} if timed out
* @throws InterruptedException if the current thread is interrupted
*/
public final boolean tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout) throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted()) //如果当前线程被中断，抛出中断异常。
throw new InterruptedException();
return tryAcquireShared(arg) >= 0 || //首先调用tryAcquireShared请求方法，请求失败的话，继续调用doAcquireSharedNanos方法。
doAcquireSharedNanos(arg, nanosTimeout);
}看下doAcquireSharedNanos方法：
/**
* Acquires in shared timed mode.
*
* @param arg the acquire argument
* @param nanosTimeout max wait time
* @return {@code true} if acquired
*/
private boolean doAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout)
throws InterruptedException {
long lastTime = System.nanoTime();
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return true;
}
}
if (nanosTimeout <= 0)
return false;
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
nanosTimeout > spinForTimeoutThreshold)
LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);
long now = System.nanoTime();
nanosTimeout -= now - lastTime;
lastTime = now;
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L; 和前面的doAcquireSharedInterruptibly方法类似，区别在于方法实现里面加入了超时时间的检测，如果超时方法返回false。阻塞部分较之前也有区别，如果剩余的超时时间小于1000纳秒，方法自旋；否则当前线程阻塞一段时间(剩余超时时间时长)。方法实现里其他方法的分析可以参考前面。
请求方法都分析完毕，下面开始分析释放方法，首先看下独占模式下的释放方法：
/**
* 独占模式下的释放方法。方法实现中，如果tryRelease返回true，会唤醒
* 一个或者多个线程。这个方法可以用来实现Lock的unlock方法。
*
* @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;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}方法中首先调用tryRelease。如果调用成功，继续判断同步等待队列里是否有需要唤醒的线程，如果有，进行唤醒。 unparkSuccessor方法之前已经分析过，这里看下tryRelease方法，该方法并没有具体实现，而是交给子类去实现：
/**
* 尝试设置(AQS的)状态，反映出独占模式下的一个释放动作。
*
* 这个方法在线程释放(控制权)的时候被调用。
*
* <p>The default implementation throws
* {@link UnsupportedOperationException}.
*
* @param arg the release argument. This value is always the one
* passed to a release method, or the current state value upon
* entry to a condition wait. The value is otherwise
* uninterpreted and can represent anything you like.
* @return {@code true} if this object is now in a fully released
* state, so that any waiting threads may attempt to acquire;
* and {@code false} otherwise.
* @throws IllegalMonitorStateException if releasing would place this
* synchronizer in an illegal state. This exception must be
* thrown in a consistent fashion for synchronization to work
* correctly.
* @throws UnsupportedOperationException if exclusive mode is not supported
*/
protected boolean tryRelease(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
最后看下共享模式下的释放方法：
/**
* 共享模式下的释放方法。方法实现中，如果tryReleaseShared方法
* 返回true，那么会唤醒一个或者多个线程。
*
* @param arg the release argument. This value is conveyed to
* {@link #tryReleaseShared} but is otherwise uninterpreted
* and can represent anything you like.
* @return the value returned from {@link #tryReleaseShared}
*/
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
doReleaseShared方法之前已经分析过，这里看下tryReleaseShared方法，该方法并没有具体实现，而是交给子类去实现：
/**
* 尝试设置(AQS的)状态，反映出共享模式下的一个释放动作。
*
* 这个方法在线程释放(控制权)的时候被调用。
*
* <p>The default implementation throws
* {@link UnsupportedOperationException}.
*
* @param arg the release argument. This value is always the one
* passed to a release method, or the current state value upon
* entry to a condition wait. The value is otherwise
* uninterpreted and can represent anything you like.
* @return {@code true} if this release of shared mode may permit a
* waiting acquire (shared or exclusive) to succeed; and
* {@code false} otherwise
* @throws IllegalMonitorStateException if releasing would place this
* synchronizer in an illegal state. This exception must be
* thrown in a consistent fashion for synchronization to work
* correctly.
* @throws UnsupportedOperationException if shared mode is not supported
*/
protected boolean tryReleaseShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
注意一下！
AQS开放了几个方法交由子类实现(本类中抛出UnsupportedOperationException)，分别是：
tryAcquire
tryRelease
tryAcquireShared
tryReleaseShared
isHeldExclusively
子类(具体同步器的内部同步机制)一般只需按照具体逻辑实现这几个方法就可以，注意这个方法内部需要考虑线程安全问题。
以上是AQS中最重要的两类流程的方法实现，接下来看一下AQS中提供的一些检查方法：
/**
* 查询同步等待队列中是否有线程在等待(请求控制权)。
* 注：因为由中断和超时引起的取消随时会发生，所以此方法并不能保证
* 结果准确。
*
* 方法时间复杂度为常数时间。
*
* @return {@code true} if there may be other threads waiting to acquire
*/
public final boolean hasQueuedThreads() {
return head != tail;
}
/**
* 查询是否有线程竞争发生，也就是说是否有请求发生过阻塞。
*
* 方法时间复杂度为常数时间。
*
* @return {@code true} if there has ever been contention
*/
public final boolean hasContended() {
return head != null;
}
/**
* 返回同步等待队列中第一个(最前面)线程，如果没有，返回空。
*
* 正常情况下，方法的时间复杂度为常数时间；如果发生竞争
* 会有一些迭代过程。
*
* @return the first (longest-waiting) thread in the queue, or
* {@code null} if no threads are currently queued
*/
public final Thread getFirstQueuedThread() {
//先简单判断一下队列中是否有线程，没有的话，直接返回null；否则，调用fullGetFirstQueuedThread方法。
return (head == tail) ? null : fullGetFirstQueuedThread();
}
/**
* Version of getFirstQueuedThread called when fastpath fails
*/
private Thread fullGetFirstQueuedThread() {
/*
* 通常情况下，头结点的next指向的就是队列里第一个节点。
* 尝试获取第一个节点的线程域，保证读取的一致性：如果
* 线程域为null，或者第一个节点的前驱节点已经不是头节
* 点，那么说有其他线程正在调用setHead方法。这里尝试
* 获取(比较)两次，如果获取失败，再进行下面的遍历。
*/
Node h, s;
Thread st;
if (((h = head) != null && (s = h.next) != null &&
s.prev == head && (st = s.thread) != null) ||
((h = head) != null && (s = h.next) != null &&
s.prev == head && (st = s.thread) != null))
return st;
/*
* 头结点的next域可能还没有设置，或者已经在setHead后被重置。
* 所以我们必须验证尾节点是否是真的是第一个节点。如果不是，
* 如果不是，从尾节点反向遍历去查找头结点，确保程序退出。
*/
Node t = tail;
Thread firstThread = null;
while (t != null && t != head) {
Thread tt = t.thread;
if (tt != null)
firstThread = tt;
t = t.prev;
}
return firstThread;
}
/**
* 判断当前线程是否在同步等待队列中。
*
* <p>This implementation traverses the queue to determine
* presence of the given thread.
*
* @param thread the thread
* @return {@code true} if the given thread is on the queue
* @throws NullPointerException if the thread is null
*/
public final boolean isQueued(Thread thread) {
if (thread == null)
throw new NullPointerException();
//反向遍历同步等待队列，查找给定线程是否存在。
for (Node p = tail; p != null; p = p.prev)
if (p.thread == thread)
return true;
return false;
}
/**
* 如果同步等待队列中第一个线程是独占模式，返回true。
* 如果这个方法返回true，并且当前线程正尝试在共享模式下请求，那么可
* 以保证当前线程不是同步等待队列里的第一个线程。
*/
final boolean apparentlyFirstQueuedIsExclusive() {
Node h, s;
return (h = head) != null &&
(s = h.next) != null &&
!s.isShared() &&
s.thread != null;
}
/**
* 判断同步等待队列里面是否存在比当前线程更早的线程。
*
* 相当于调用如下代码：
* getFirstQueuedThread() != Thread.currentThread() && hasQueuedThreads()
*
* <p>Note that because cancellations due to interrupts and
* timeouts may occur at any time, a {@code true} return does not
* guarantee that some other thread will acquire before the current
* thread. Likewise, it is possible for another thread to win a
* race to enqueue after this method has returned {@code false},
* due to the queue being empty.
*
* 这个方法主要用来避免"插队"问题。
* @return {@code true} if there is a queued thread preceding the
* current thread, and {@code false} if the current thread
* is at the head of the queue or the queue is empty
* @since 1.7
*/
final boolean hasQueuedPredecessors() {
// The correctness of this depends on head being initialized
// before tail and on head.next being accurate if the current
// thread is first in queue.
Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order
Node h = head;
Node s;
return h != t &&
((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}
最后看一下AQS中提供的一些支持监控功能的方法：
/**
* 获取当前同步等待队列中线程的(估计)数量。
*
* @return the estimated number of threads waiting to acquire
*/
public final int getQueueLength() {
int n = 0;
for (Node p = tail; p != null; p = p.prev) {
if (p.thread != null)
++n;
}
return n;
}
/**
* 获取当前正在同步等待队列中等待的线程(不精确)。
*
* @return the collection of threads
*/
public final Collection<Thread> getQueuedThreads() {
ArrayList<Thread> list = new ArrayList<Thread>();
for (Node p = tail; p != null; p = p.prev) {
Thread t = p.thread;
if (t != null)
list.add(t);
}
return list;
}
/**
* 获取当前正在同步等待队列中以独占模式进行等待的线程(不精确)。
*
* @return the collection of threads
*/
public final Collection<Thread> getExclusiveQueuedThreads() {
ArrayList<Thread> list = new ArrayList<Thread>();
for (Node p = tail; p != null; p = p.prev) {
if (!p.isShared()) {
Thread t = p.thread;
if (t != null)
list.add(t);
}
}
return list;
}
/**
* 获取当前正在同步等待队列中以共享模式进行等待的线程(不精确)。
*
* @return the collection of threads
*/
public final Collection<Thread> getSharedQueuedThreads() {
ArrayList<Thread> list = new ArrayList<Thread>();
for (Node p = tail; p != null; p = p.prev) {
if (p.isShared()) {
Thread t = p.thread;
if (t != null)
list.add(t);
}
}
return list;
}
- 内部类ConditionObject：
ConditionObject是AQS中提供的一种锁的基础机制，实现了接口Condition。 Condition是一种类似于Object监视条件的一种机制，相对于Object来说，Condition能让线程在各自条件下的等待队列等待，而不是像Object一样，在同一个等待队列里面等待。 Condition提供了await/signal/signalAll来支持与Object wait/notify/nofityAll类似的功能。 Condition由Lock内建支持，使用起来会很方便，直接调用Lock的newCondition方法，便可以获得一个与其相关联的条件对象。
Condition接口的方法定义：
public interface Condition {
void await() throws InterruptedException;
void awaitUninterruptibly();
long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;
boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;
void signal();
void signalAll();
}
接下来分析ConditionObject类中的实现，首先看下内部数据结构：
public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1173984872572414699L;
/** First node of condition queue. */
private transient Node firstWaiter;
/** Last node of condition queue. */
private transient Node lastWaiter;
/**
* Creates a new <tt>ConditionObject</tt> instance.
*/
public ConditionObject() { }
...
}内部结构非常简单，也是链表结构，表示一个条件等待队列。(每个条件一个队列)
像AQS一样，从等待和唤醒两条主线开始分析，先看一下支持中断的等待方法，await方法。
/**
* 可中断的条件等待方法.
* <ol>
* <li> If current thread is interrupted, throw InterruptedException.
* <li> Save lock state returned by {@link #getState}.
* <li> Invoke {@link #release} with
* saved state as argument, throwing
* IllegalMonitorStateException if it fails.
* <li> Block until signalled or interrupted.
* <li> Reacquire by invoking specialized version of
* {@link #acquire} with saved state as argument.
* <li> If interrupted while blocked in step 4, throw InterruptedException.
* </ol>
*/
public final void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted()) //如果当前线程被中断，抛出InterruptedException异常。
throw new InterruptedException();
//将当前线程添加到条件等待队列。
Node node = addConditionWaiter();
//释放当前线程对AQS的控制权，并返回当前AQS中的state值。
int savedState = fullyRelease(node);
int interruptMode = 0;
while (!isOnSyncQueue(node)) {
//如果当前线程不在AQS的同步等待队列中，那么阻塞当前线程。
LockSupport.park(this);
//其他线程调用相同条件上的signal/signalALl方法时，会将这个节点从条件队列转义到AQS的同步等待队列中。
//被唤醒后需要检查是否在等待过程中被中断。
if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break; //如果发生了中断，退出循环。
}
//重新请求AQS的控制权。
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT;
if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
unlinkCancelledWaiters();
if (interruptMode != 0) //如果上面发生过中断，这里处理中断。
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}先看下上面方法内部调用的addConditionWaiter方法：
/**
* Adds a new waiter to wait queue.
* @return its new wait node
*/
private Node addConditionWaiter() {
Node t = lastWaiter;
// If lastWaiter is cancelled, clean out.
if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
unlinkCancelledWaiters();
t = lastWaiter;
}
//创建一个当前线程对应的节点。
Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
if (t == null) //如果是队列中第一个节点，那么将firstWaiter指向这个节点，后面也会将lastWaiter指向这个节点。
firstWaiter = node;
else //如果是队列中已经存在其他节点，那么将原本lastWaiter的nextWaiter指向当前节点。
t.nextWaiter = node;
lastWaiter = node; //最后将lastWaiter指向当前节点。
return node; //返回当前节点。
}看下方法中调用的unlinkCancelledWaiters方法：
/**
* 移除条件等待队列中的取消状态节点。这个方法一定是在持有锁
* (拥有AQS控制权)的情况下被调用的(所以不存在竞争)。
* 当等待条件时被(节点的线程)取消，或者当lastWaiter被取消后
* 条件等待队列中进入了一个新节点时会调用这个方法。
* 这个方法需要避免由于没有signal而引起的垃圾滞留。所以尽管
* 方法内会做一个完全遍历，也只有超时获或取消时(没有signal的
* 情况下)才被调用。方法中会遍历所有节点，切断所有指向垃圾节
* 点的引用，而不是一次取消切断一个引用。
*/
private void unlinkCancelledWaiters() {
//获取条件等待队列的头节点t
Node t = firstWaiter;
Node trail = null;
while (t != null) {
//如果队列中有等待节点。获取头节点的nextWaiter节点next。
Node next = t.nextWaiter;
if (t.waitStatus != Node.CONDITION) {
//如果t被取消。将t的nextWaiter置空。
t.nextWaiter = null;
if (trail == null) //将next设置为头节点(移除之前的取消节点)
firstWaiter = next;
else //否则说明队列前端有未取消的节点，这里做下拼接(移除中间的取消节点)
trail.nextWaiter = next;
if (next == null)
lastWaiter = trail; //最后设置尾节点。
}
else //如果t没被取消。将trail指向t。
trail = t;
t = next;
}
}再继续看下await方法中调用的fullyRelease方法：
/**
* 调用release方法并传入当前的state。
* 调用成功会返回传入release方法之前的state.
* 失败会抛出异常，并取消当前节点。
* @param node the condition node for this wait
* @return previous sync state
*/
final int fullyRelease(Node node) {
boolean failed = true;
try {
int savedState = getState();
if (release(savedState)) {
failed = false;
return savedState;
} else {
throw new IllegalMonitorStateException();
}
} finally {
if (failed)
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
}
}看下await方法中调用的isOnSyncQueue方法：
/**
* 如果一个node最初放在一个条件队列里，而现在正在AQS的同步等待队列里，
* 返回true。
* @param node the node
* @return true if is reacquiring
*/
final boolean isOnSyncQueue(Node node) {
if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null)
return false;
if (node.next != null) //如果有后继节点，说明肯定在AQS同步等待队列里。
return true;
/*
* 之前的代码中分析到过，node.prev不为空并不能说明节点在AQS的
* 同步等待队列里面，因为后续的CAS操作可能会失败，所以这里从尾节
* 开始反向遍历。
*/
return findNodeFromTail(node);
}
/**
* Returns true if node is on sync queue by searching backwards from tail.
* Called only when needed by isOnSyncQueue.
* @return true if present
*/
private boolean findNodeFromTail(Node node) {
Node t = tail;
for (;;) {
if (t == node)
return true;
if (t == null)
return false;
t = t.prev;
}
}看下await方法中调用的checkInterruptWhileWaiting方法：
/** 在等待退出时重新中断(传递中断状态) */
private static final int REINTERRUPT = 1;
/** 在等待退出时抛出异常 */
private static final int THROW_IE = -1;
/**
* Checks for interrupt, returning THROW_IE if interrupted
* before signalled, REINTERRUPT if after signalled, or
* 0 if not interrupted.
*/
private int checkInterruptWhileWaiting(Node node) {
return Thread.interrupted() ?
(transferAfterCancelledWait(node) ? THROW_IE : REINTERRUPT) :
0;
}
/**
* 在取消等待后，将节点转移到同步队列中。如果线程在唤醒钱被
* 取消，返回true。
* @param current the waiting thread
* @param node its node
* @return true if cancelled before the node was signalled
*/
final boolean transferAfterCancelledWait(Node node) {
if (compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) {
enq(node);
return true;
}
/*
* If we lost out to a signal(), then we can't proceed
* until it finishes its enq(). Cancelling during an
* incomplete transfer is both rare and transient, so just
* spin.
*/
while (!isOnSyncQueue(node))
Thread.yield();
return false;
}最后看下await方法中调用的reportInterruptAfterWait方法：
/**
* Throws InterruptedException, reinterrupts current thread, or
* does nothing, depending on mode.
*/
private void reportInterruptAfterWait(int interruptMode)
throws InterruptedException {
if (interruptMode == THROW_IE)
throw new InterruptedException();
else if (interruptMode == REINTERRUPT)
selfInterrupt();
}
/**
* Convenience method to interrupt current thread.
*/
private static void selfInterrupt() {
Thread.currentThread().interrupt();
}
总结一下await方法中的逻辑：
1.如果当前线程有中断状态，抛出InterruptedException异常。
2.添加当前线程到条件等待队列。
3.释放当前线程对AQS的控制权，并保存释放前AQS的状态(state域)。
4.进入条件循环，条件为判断当前线程是否在AQS同步队列中，如果不在那么阻塞当前线程；如果在AQS同步队列中，就到第7步。
5.当前线程被(其他线程)唤醒后，要检查等待过程中是否被中断或者取消，如果不是，继续循环，到第4步。
6.如果是，保存中断状态和模式，然后退出条件循环。
7.请求AQS控制权，然后做一些收尾工作，如果被取消，清理一下条件等待队列；然后按照中断模式处理一下中断。
然后看一下不能中断的等待方法，awaitUninterruptibly方法：
/**
* Implements uninterruptible condition wait.
* <ol>
* <li> Save lock state returned by {@link #getState}.
* <li> Invoke {@link #release} with
* saved state as argument, throwing
* IllegalMonitorStateException if it fails.
* <li> Block until signalled.
* <li> Reacquire by invoking specialized version of
* {@link #acquire} with saved state as argument.
* </ol>
*/
public final void awaitUninterruptibly() {
Node node = addConditionWaiter();
int savedState = fullyRelease(node);
boolean interrupted = false;
while (!isOnSyncQueue(node)) {
LockSupport.park(this);
if (Thread.interrupted())
interrupted = true;
}
if (acquireQueued(node, savedState) || interrupted)
selfInterrupt();
}awaitUninterruptibly的逻辑相对await来说更加明确，条件循环中如果线程被中断，直接退出。后续只需要传递中断状态即可。 再看一下支持超时和中断的等待方法，awaitNanos和await(long time, TimeUnit unit)方法：
/**
* Implements timed condition wait.
* <ol>
* <li> If current thread is interrupted, throw InterruptedException.
* <li> Save lock state returned by {@link #getState}.
* <li> Invoke {@link #release} with
* saved state as argument, throwing
* IllegalMonitorStateException if it fails.
* <li> Block until signalled, interrupted, or timed out.
* <li> Reacquire by invoking specialized version of
* {@link #acquire} with saved state as argument.
* <li> If interrupted while blocked in step 4, throw InterruptedException.
* </ol>
*/
public final long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
Node node = addConditionWaiter();
int savedState = fullyRelease(node);
long lastTime = System.nanoTime();
int interruptMode = 0;
while (!isOnSyncQueue(node)) {
if (nanosTimeout <= 0L) {
transferAfterCancelledWait(node);
break;
}
LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);
if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break;
long now = System.nanoTime();
nanosTimeout -= now - lastTime;
lastTime = now;
}
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT;
if (node.nextWaiter != null)
unlinkCancelledWaiters();
if (interruptMode != 0)
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
return nanosTimeout - (System.nanoTime() - lastTime);
}
/**
* Implements timed condition wait.
* <ol>
* <li> If current thread is interrupted, throw InterruptedException.
* <li> Save lock state returned by {@link #getState}.
* <li> Invoke {@link #release} with
* saved state as argument, throwing
* IllegalMonitorStateException if it fails.
* <li> Block until signalled, interrupted, or timed out.
* <li> Reacquire by invoking specialized version of
* {@link #acquire} with saved state as argument.
* <li> If interrupted while blocked in step 4, throw InterruptedException.
* <li> If timed out while blocked in step 4, return false, else true.
* </ol>
*/
public final boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
if (unit == null)
throw new NullPointerException();
long nanosTimeout = unit.toNanos(time);
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
Node node = addConditionWaiter();
int savedState = fullyRelease(node);
long lastTime = System.nanoTime();
boolean timedout = false;
int interruptMode = 0;
while (!isOnSyncQueue(node)) {
if (nanosTimeout <= 0L) {
timedout = transferAfterCancelledWait(node);
break;
}
if (nanosTimeout >= spinForTimeoutThreshold)
LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);
if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break;
long now = System.nanoTime();
nanosTimeout -= now - lastTime;
lastTime = now;
}
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT;
if (node.nextWaiter != null)
unlinkCancelledWaiters();
if (interruptMode != 0)
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
return !timedout;
} 和await相比，这两个方法只是加入了超时取消的机制。
最后看一下支持限时和中断的等待方法，awaitUntil方法：
/**
* Implements absolute timed condition wait.
* <ol>
* <li> If current thread is interrupted, throw InterruptedException.
* <li> Save lock state returned by {@link #getState}.
* <li> Invoke {@link #release} with
* saved state as argument, throwing
* IllegalMonitorStateException if it fails.
* <li> Block until signalled, interrupted, or timed out.
* <li> Reacquire by invoking specialized version of
* {@link #acquire} with saved state as argument.
* <li> If interrupted while blocked in step 4, throw InterruptedException.
* <li> If timed out while blocked in step 4, return false, else true.
* </ol>
*/
public final boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException {
if (deadline == null)
throw new NullPointerException();
long abstime = deadline.getTime();
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
Node node = addConditionWaiter();
int savedState = fullyRelease(node);
boolean timedout = false;
int interruptMode = 0;
while (!isOnSyncQueue(node)) {
if (System.currentTimeMillis() > abstime) {
timedout = transferAfterCancelledWait(node);
break;
}
LockSupport.parkUntil(this, abstime);
if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break;
}
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT;
if (node.nextWaiter != null)
unlinkCancelledWaiters();
if (interruptMode != 0)
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
return !timedout;
} 和awaitNanos基本一致，只是时间检测变成了和绝对时间相比较，而不是去判断超时时间的剩余量。
分析完了等待方法，再分析下唤醒方法，先看一下signal方法。
/**
* 将条件等待队列里面等待时间最长(链表最前面)的线程(如果存在的话)
* 移动到AQS同步等待队列里面。
*
* @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
* returns {@code false}
*/
public final void signal() {
//判断AQS的控制权是否被当前线程以独占的方式持有。如果不是，抛出IllegalMonitorStateException异常。
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
Node first = firstWaiter;
if (first != null) //如果有线程在条件队列里面等待，那么执行doSignal方法。
doSignal(first);
}看下doSignal方法：
/**
* Removes and transfers nodes until hit non-cancelled one or
* null. Split out from signal in part to encourage compilers
* to inline the case of no waiters.
* @param first (non-null) the first node on condition queue
*/
private void doSignal(Node first) {
do {
//移除first
if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
lastWaiter = null;
first.nextWaiter = null;
//然后调用transferForSignal，如果调用失败且条件等待队列不为空，继续上面过程；否则方法结束。
} while (!transferForSignal(first) &&
(first = firstWaiter) != null);
}看下transferForSignal方法：
/**
* 将一个节点从条件等待队列转移到同步等待队列。
* 如果成功，返回true。
* @param node the node
* @return true if successfully transferred (else the node was
* cancelled before signal).
*/
final boolean transferForSignal(Node node) {
/*
* 如果设置等待状态失败，说明节点已经被取消了，直接返回false。
*/
if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
return false;
/*
* Splice onto queue and try to set waitStatus of predecessor to
* indicate that thread is (probably) waiting. If cancelled or
* attempt to set waitStatus fails, wake up to resync (in which
* case the waitStatus can be transiently and harmlessly wrong).
*/
//将node加入到AQS同步等待队列中，并返回node的前驱节点。
Node p = enq(node);
int ws = p.waitStatus;
//如果前驱节点被取消，或者尝试设置前驱节点的状态为SIGNAL(表示node节点需要唤醒)失败，那么唤醒node节点上的线程。
if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
LockSupport.unpark(node.thread);
return true;
}
再看一下signalAll方法，相对于signal方法，signalAll方法会将条件等待队列中全部线程都移动到AQS的同步等待队列中：
/**
* Moves all threads from the wait queue for this condition to
* the wait queue for the owning lock.
*
* @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
* returns {@code false}
*/
public final void signalAll() {
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
Node first = firstWaiter;
if (first != null)
doSignalAll(first); //与signal唯一区别是这里调用了doSignalAll方法。
}继续看doSignalAll方法：
/**
* Removes and transfers all nodes.
* @param first (non-null) the first node on condition queue
*/
private void doSignalAll(Node first) {
//首先将条件队列的头尾节点置空
lastWaiter = firstWaiter = null;
do {
Node next = first.nextWaiter;
first.nextWaiter = null;
//移动first指向的节点，然后将first指向下一个节点，直到最后。
transferForSignal(first);
first = next;
} while (first != null);
}
结合之前的await小总结一下：
await就是把当前线程放到对应条件的等待队列里面，然后阻塞当前线程。
signal就是把对应条件的等待队里的线程移动到对应AQS的同步等待队列里面，随后线程会被唤醒。
注：await存在”伪唤醒”问题，所以被唤醒后应该再次检测等待条件：
while(condition不满足) { conditionObject.await() }
最后看一下ConditionObject提供的一些支持监测功能的方法：
/**
* 判断当前条件是否由给定的同步器(AQS)创建。
*
* @return {@code true} if owned
*/
final boolean isOwnedBy(AbstractQueuedSynchronizer sync) {
return sync == AbstractQueuedSynchronizer.this;
}
/**
* 判断当前条件队列中是否存在等待的线程。
*
* @return {@code true} if there are any waiting threads
* @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
* returns {@code false}
*/
protected final boolean hasWaiters() {
if (!isHeldExclusively()) //前提必须是当前线程独占的持有控制权。
throw new IllegalMonitorStateException();
//遍历条件等待队列，查找等待线程(节点)
for (Node w = firstWaiter; w != null; w = w.nextWaiter) {
if (w.waitStatus == Node.CONDITION)
return true;
}
return false;
}
/**
* 获取当前条件等待队列中等待线程的(估计)数量。
* Implements {@link AbstractQueuedSynchronizer#getWaitQueueLength}.
*
* @return the estimated number of waiting threads
* @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
* returns {@code false}
*/
protected final int getWaitQueueLength() {
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
int n = 0;
for (Node w = firstWaiter; w != null; w = w.nextWaiter) {
if (w.waitStatus == Node.CONDITION)
++n;
}
return n;
}
/**
* 获取当前条件等待队列中的等待线程。
* Implements {@link AbstractQueuedSynchronizer#getWaitingThreads}.
*
* @return the collection of threads
* @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
* returns {@code false}
*/
protected final Collection<Thread> getWaitingThreads() {
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
ArrayList<Thread> list = new ArrayList<Thread>();
for (Node w = firstWaiter; w != null; w = w.nextWaiter) {
if (w.waitStatus == Node.CONDITION) {
Thread t = w.thread;
if (t != null)
list.add(t);
}
}
return list;
}
- AQS继承了类java.util.concurrent.locks.AbstractOwnableSynchronizer，看下这个类的代码：
/**
* A synchronizer that may be exclusively owned by a thread. This
* class provides a basis for creating locks and related synchronizers
* that may entail a notion of ownership. The
* <tt>AbstractOwnableSynchronizer</tt> class itself does not manage or
* use this information. However, subclasses and tools may use
* appropriately maintained values to help control and monitor access
* and provide diagnostics.
*
* @since 1.6
* @author Doug Lea
*/
public abstract class AbstractOwnableSynchronizer
implements java.io.Serializable {
/** Use serial ID even though all fields transient. */
private static final long serialVersionUID = 3737899427754241961L;
/**
* Empty constructor for use by subclasses.
*/
protected AbstractOwnableSynchronizer() { }
/**
* The current owner of exclusive mode synchronization.
*/
private transient Thread exclusiveOwnerThread;
/**
* Sets the thread that currently owns exclusive access. A
* <tt>null</tt> argument indicates that no thread owns access.
* This method does not otherwise impose any synchronization or
* <tt>volatile</tt> field accesses.
*/
protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread t) {
exclusiveOwnerThread = t;
}
/**
* Returns the thread last set by
* <tt>setExclusiveOwnerThread</tt>, or <tt>null</tt> if never
* set. This method does not otherwise impose any synchronization
* or <tt>volatile</tt> field accesses.
* @return the owner thread
*/
protected final Thread getExclusiveOwnerThread() {
return exclusiveOwnerThread;
}
}这个类提供了独占模式下的同步器控制权的信息，比如Lock或者其他相关的同步器。从代码中也可以看到，可以设置和获取拥有独占控制权的线程信息。
- 最后，java.util.concurrent.locks包还提供了一个AbstractQueuedLongSynchronizer同步基础类，内部代码和AQS基本一致，唯一区别是AbstractQueuedLongSynchronizer中管理的是一个long型的状态，需要构建使用64bit信息的同步器可以基于这个类进行构建，用法和AQS一致，这里就不具体说明了。
好了，AQS的代码解析到此结束！
参见：Jdk1.6 JUC源码解析(5)-locks-LockSupport
