AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》

一、引子

Java.util.concurrent包都是Doug Lea写的,来混个眼熟

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

是的,就是他,提出了JSR166(Java Specification RequestsJava 规范提案),该规范的核心就是AbstractQueuedSynchronizer同步器框架(AQS)。这个框架为构造同步器提供一种通用的机制,并且被j.u.c包中大部分类使用。

包结构如下图,其中AbstractOwnableSynchronizer是其父类,而AbstractQueuedLongSynchronizer是其32位状态的升级版64位的实现,适用于多级屏障(CyclicBarrier)。

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

AQS的继承关系如下图,可见老李头对它多重视了。老李头的论文解析飞机票:《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

二、AQS架构设计原理

2.1 需求分析

为了使框架能得到广泛应用,AQS同步器定义两种资源共享方式:

Exclusive:独占模式,同时只有一个线程能执行,如ReentrantLock

Share:共享模式,多个线程可同时执行,如Semaphore/CountDownLatch。

  一般来说,自定义同步器要么是独占方法,要么是共享方式,他们也只需实现tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。但AQS也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式,如ReentrantReadWriteLock。

  自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可至于具体线程等待队列的维护(如获取资源失败入队/唤醒出队等),AQS已经在顶层实现好了。自定义同步器实现时主要实现以下几种方法:

  • isHeldExclusively():该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
  • tryAcquire(int):独占方式。尝试获取资源,成功则返回true,失败则返回false。
  • tryRelease(int):独占方式。尝试释放资源,成功则返回true,失败则返回false。
  • tryAcquireShared(int):共享方式。尝试获取资源。负数表示失败;0表示成功,但没有剩余可用资源;正数表示成功,且有剩余资源。
  • tryReleaseShared(int):共享方式。尝试释放资源,成功则返回true,失败则返回false。 

  AQS为了实现上述操作,需要下面三个基本组件的相互协作:

  • 同步状态的原子性管理
  • 线程的阻塞与解除阻塞
  • 队列的管理

2.2 同步状态的原子性管理

state字段, 用于同步线程之间的共享状态。通过 CAS 和 volatile 保证其原子性和可见性。

如下图:

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

1)volatile修饰state:

线程内的工作内存修改数据后会强制刷新到主存中去,且使其他线程中的工作内存中的该变量失效,下次只能从主存读取。实现了多线程数据可见性。

2)CAS操作state:

unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update); 根据对象的state同步状态偏移量是否和expect值相同,相同则更新。标准的CAS操作。unsafe飞机票:在openjdk8下看Unsafe源码

 

2.3 线程的阻塞与解除阻塞

利用LockSupport.park() 和 LockSupport.unpark() 实现线程的阻塞和唤醒(底层调用Unsafe的native park和unpark实现),同时支持超时时间。

 

2.4 队列的管理

  根据论文里描述, AQS 里将阻塞线程封装到一个内部类 Node 里。并维护一个 CLH Node FIFO 队列。 CLH队列是一个非阻塞的 FIFO 队列,也就是说往里面插入或移除一个节点的时候,在并发条件下不会阻塞,而是通过自旋锁和 CAS 保证节点插入和移除的原子性。AQS里的CLH是一个双向链表,数据结构如下图:

 

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

node数据结构,后续加上。

 

三、AQS源码实现

本节开始讲解AQS的源码实现。依照acquire-release、acquireShared-releaseShared的次序来。

3.1 acquire(int)独占模式获取资源

  此方法是独占模式下线程获取共享资源的顶层入口。如果获取到资源,线程直接返回,否则进入等待队列,直到获取到资源为止,且整个过程忽略中断的影响。这也正是lock()的语义,当然不仅仅只限于lock()。获取到资源后,线程就可以去执行其临界区代码了。下面是acquire()的源码:

1 public final void acquire(int arg) { 2 if (!tryAcquire(arg) && 3  acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) 4  selfInterrupt(); 5 }

 

  函数流程如下:

    1. tryAcquire()尝试直接去获取资源,如果成功则直接返回;
    2. addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部,并标记为独占模式;
    3. acquireQueued()使线程在等待队列中获取资源,一直获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过,则返回true,否则返回false。
    4. 如果线程在等待过程中被中断过,它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt(),将中断补上。

  这时单凭这4个抽象的函数来看流程还有点朦胧,不要紧,看完接下来的分析后,你就会明白了。就像《大话西游》里唐僧说的:等你明白了舍生取义的道理,你自然会回来和我唱这首歌的。

3.1.1 tryAcquire(int)

  此方法尝试去获取独占资源。如果获取成功,则直接返回true,否则直接返回false。这也正是tryLock()的语义,还是那句话,当然不仅仅只限于tryLock()。如下是tryAcquire()的源码:

1     protected boolean tryAcquire(int arg) { 2 throw new UnsupportedOperationException(); 3 }

 

  什么?直接throw异常?说好的功能呢?好吧,还记得概述里讲的AQS只是一个框架,具体资源的获取/释放方式交由自定义同步器去实现吗?就是这里了!!!AQS这里只定义了一个接口,具体资源的获取交由自定义同步器去实现了(通过state的get/set/CAS)!!!至于能不能重入,能不能加塞,那就看具体的自定义同步器怎么去设计了!!!当然,自定义同步器在进行资源访问时要考虑线程安全的影响。

  这里之所以没有定义成abstract,是因为独占模式下只用实现tryAcquire-tryRelease,而共享模式下只用实现tryAcquireShared-tryReleaseShared。如果都定义成abstract,那么每个模式也要去实现另一模式下的接口。说到底,Doug Lea还是站在咱们开发者的角度,尽量减少不必要的工作量。

3.1.2 addWaiter(Node)

  此方法用于将当前线程加入到等待队列的队尾,并返回当前线程所在的结点。还是上源码吧:

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 1 private Node addWaiter(Node mode) {  2 //以给定模式构造结点。mode有两种:EXCLUSIVE(独占)和SHARED(共享)  3 Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);  4  5 //尝试快速方式直接放到队尾。  6 Node pred = tail;  7 if (pred != null) {  8 node.prev = pred;  9 if (compareAndSetTail(pred, node)) { 10 pred.next = node; 11 return node; 12  } 13  } 14 15 //上一步失败则通过enq入队。 16  enq(node); 17 return node; 18 }

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 不用再说了,直接看注释吧。

3.1.2.1 enq(Node)

   此方法用于将node加入队尾。源码如下:

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 1 private Node enq(final Node node) {  2 //CAS"自旋",直到成功加入队尾  3 for (;;) {  4 Node t = tail;  5 if (t == null) { // 队列为空,创建一个空的标志结点作为head结点,并将tail也指向它。  6 if (compareAndSetHead(new Node()))  7 tail = head;  8 } else {//正常流程,放入队尾  9 node.prev = t; 10 if (compareAndSetTail(t, node)) { 11 t.next = node; 12 return t; 13  } 14  } 15  } 16 }

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 

如果你看过AtomicInteger.getAndIncrement()函数源码,那么相信你一眼便看出这段代码的精华。CAS自旋volatile变量,是一种很经典的用法。还不太了解的,自己去百度一下吧。

3.1.3 acquireQueued(Node, int)

  OK,通过tryAcquire()和addWaiter(),该线程获取资源失败,已经被放入等待队列尾部了。聪明的你立刻应该能想到该线程下一部该干什么了吧:进入等待状态休息,直到其他线程彻底释放资源后唤醒自己,自己再拿到资源,然后就可以去干自己想干的事了。没错,就是这样!是不是跟医院排队拿号有点相似~~acquireQueued()就是干这件事:在等待队列中排队拿号(中间没其它事干可以休息),直到拿到号后再返回。这个函数非常关键,还是上源码吧:

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 1 final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {  2 boolean failed = true;//标记是否成功拿到资源  3 try {  4 boolean interrupted = false;//标记等待过程中是否被中断过  5  6 //又是一个“自旋”!  7 for (;;) {  8 final Node p = node.predecessor();//拿到前驱  9 //如果前驱是head,即该结点已成老二,那么便有资格去尝试获取资源(可能是老大释放完资源唤醒自己的,当然也可能被interrupt了)。 10 if (p == head && tryAcquire(arg)) { 11 setHead(node);//拿到资源后,将head指向该结点。所以head所指的标杆结点,就是当前获取到资源的那个结点或null。 12 p.next = null; // setHead中node.prev已置为null,此处再将head.next置为null,就是为了方便GC回收以前的head结点。也就意味着之前拿完资源的结点出队了! 13 failed = false; 14 return interrupted;//返回等待过程中是否被中断过 15  } 16 17 //如果自己可以休息了,就进入waiting状态,直到被unpark() 18 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && 19  parkAndCheckInterrupt()) 20 interrupted = true;//如果等待过程中被中断过,哪怕只有那么一次,就将interrupted标记为true 21  } 22 } finally { 23 if (failed) 24  cancelAcquire(node); 25  } 26 }

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 

到这里了,我们先不急着总结acquireQueued()的函数流程,先看看shouldParkAfterFailedAcquire()和parkAndCheckInterrupt()具体干些什么。

3.1.3.1 shouldParkAfterFailedAcquire(Node, Node)

  此方法主要用于检查状态,看看自己是否真的可以去休息了(进入waiting状态,如果线程状态转换不熟,可以参考本人上一篇写的Thread详解),万一队列前边的线程都放弃了只是瞎站着,那也说不定,对吧!

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 1 private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {  2 int ws = pred.waitStatus;//拿到前驱的状态  3 if (ws == Node.SIGNAL)  4 //如果已经告诉前驱拿完号后通知自己一下,那就可以安心休息了  5 return true;  6 if (ws > 0) {  7 /*  8  * 如果前驱放弃了,那就一直往前找,直到找到最近一个正常等待的状态,并排在它的后边。  9  * 注意:那些放弃的结点,由于被自己“加塞”到它们前边,它们相当于形成一个无引用链,稍后就会被保安大叔赶走了(GC回收)! 10 */ 11 do { 12 node.prev = pred = pred.prev; 13 } while (pred.waitStatus > 0); 14 pred.next = node; 15 } else { 16 //如果前驱正常,那就把前驱的状态设置成SIGNAL,告诉它拿完号后通知自己一下。有可能失败,人家说不定刚刚释放完呢! 17  compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL); 18  } 19 return false; 20 }

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 

整个流程中,如果前驱结点的状态不是SIGNAL,那么自己就不能安心去休息,需要去找个安心的休息点,同时可以再尝试下看有没有机会轮到自己拿号。

3.1.3.2 parkAndCheckInterrupt()

  如果线程找好安全休息点后,那就可以安心去休息了。此方法就是让线程去休息,真正进入等待状态。

1 private final boolean parkAndCheckInterrupt() { 2 LockSupport.park(this);//调用park()使线程进入waiting状态 3 return Thread.interrupted();//如果被唤醒,查看自己是不是被中断的。 4 }

   park()会让当前线程进入waiting状态。在此状态下,有两种途径可以唤醒该线程:1)被unpark();2)被interrupt()。(再说一句,如果线程状态转换不熟,可以参考本人写的Thread详解)。需要注意的是,Thread.interrupted()会清除当前线程的中断标记位。 

3.1.3.3 小结

  OK,看了shouldParkAfterFailedAcquire()和parkAndCheckInterrupt(),现在让我们再回到acquireQueued(),总结下该函数的具体流程:

  1. 结点进入队尾后,检查状态,找到安全休息点;
  2. 调用park()进入waiting状态,等待unpark()或interrupt()唤醒自己;
  3. 被唤醒后,看自己是不是有资格能拿到号。如果拿到,head指向当前结点,并返回从入队到拿到号的整个过程中是否被中断过;如果没拿到,继续流程1。

 

3.1.4 小结

  OKOK,acquireQueued()分析完之后,我们接下来再回到acquire()!再贴上它的源码吧:

1 public final void acquire(int arg) { 2 if (!tryAcquire(arg) && 3  acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) 4  selfInterrupt(); 5 }

再来总结下它的流程吧:

  1. 调用自定义同步器的tryAcquire()尝试直接去获取资源,如果成功则直接返回;
  2. 没成功,则addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部,并标记为独占模式;
  3. acquireQueued()使线程在等待队列中休息,有机会时(轮到自己,会被unpark())会去尝试获取资源。获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过,则返回true,否则返回false。
  4. 如果线程在等待过程中被中断过,它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt(),将中断补上。

由于此函数是重中之重,我再用流程图总结一下:

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

至此,acquire()的流程终于算是告一段落了。这也就是ReentrantLock.lock()的流程,不信你去看其lock()源码吧,整个函数就是一条acquire(1)!!!

 

3.2 release(int)独占模式释放资源

   上一小节已经把acquire()说完了,这一小节就来讲讲它的反操作release()吧。此方法是独占模式下线程释放共享资源的顶层入口。它会释放指定量的资源,如果彻底释放了(即state=0),它会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源。这也正是unlock()的语义,当然不仅仅只限于unlock()。下面是release()的源码:

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

1 public final boolean release(int arg) { 2 if (tryRelease(arg)) { 3 Node h = head;//找到头结点 4 if (h != null && h.waitStatus != 0) 5 unparkSuccessor(h);//唤醒等待队列里的下一个线程 6 return true; 7  } 8 return false; 9 }

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 

  逻辑并不复杂。它调用tryRelease()来释放资源。有一点需要注意的是,它是根据tryRelease()的返回值来判断该线程是否已经完成释放掉资源了!所以自定义同步器在设计tryRelease()的时候要明确这一点!!

3.2.1 tryRelease(int)

  此方法尝试去释放指定量的资源。下面是tryRelease()的源码:

1 protected boolean tryRelease(int arg) { 2 throw new UnsupportedOperationException(); 3 }

 

  跟tryAcquire()一样,这个方法是需要独占模式的自定义同步器去实现的。正常来说,tryRelease()都会成功的,因为这是独占模式,该线程来释放资源,那么它肯定已经拿到独占资源了,直接减掉相应量的资源即可(state-=arg),也不需要考虑线程安全的问题。但要注意它的返回值,上面已经提到了,release()是根据tryRelease()的返回值来判断该线程是否已经完成释放掉资源了!所以自义定同步器在实现时,如果已经彻底释放资源(state=0),要返回true,否则返回false。

3.2.2 unparkSuccessor(Node)

  此方法用于唤醒等待队列中下一个线程。下面是源码:

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 1 private void unparkSuccessor(Node node) {  2 //这里,node一般为当前线程所在的结点。  3 int ws = node.waitStatus;  4 if (ws < 0)//置零当前线程所在的结点状态,允许失败。  5 compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);  6  7 Node s = node.next;//找到下一个需要唤醒的结点s  8 if (s == null || s.waitStatus > 0) {//如果为空或已取消  9 s = null; 10 for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) 11 if (t.waitStatus <= 0)//从这里可以看出,<=0的结点,都是还有效的结点。 12 s = t; 13  } 14 if (s != null) 15 LockSupport.unpark(s.thread);//唤醒 16 }

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 

  这个函数并不复杂。一句话概括:用unpark()唤醒等待队列中最前边的那个未放弃线程,这里我们也用s来表示吧。此时,再和acquireQueued()联系起来,s被唤醒后,进入if (p == head && tryAcquire(arg))的判断(即使p!=head也没关系,它会再进入shouldParkAfterFailedAcquire()寻找一个安全点。这里既然s已经是等待队列中最前边的那个未放弃线程了,那么通过shouldParkAfterFailedAcquire()的调整,s也必然会跑到head的next结点,下一次自旋p==head就成立啦),然后s把自己设置成head标杆结点,表示自己已经获取到资源了,acquire()也返回了!!And then, DO what you WANT!

3.2.3 小结

  release()是独占模式下线程释放共享资源的顶层入口。它会释放指定量的资源,如果彻底释放了(即state=0),它会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源。

3.3 acquireShared(int)共享模式获取资源

  此方法是共享模式下线程获取共享资源的顶层入口。它会获取指定量的资源,获取成功则直接返回,获取失败则进入等待队列,直到获取到资源为止,整个过程忽略中断。下面是acquireShared()的源码:

1 public final void acquireShared(int arg) { 2 if (tryAcquireShared(arg) < 0) 3  doAcquireShared(arg); 4 }

 

  这里tryAcquireShared()依然需要自定义同步器去实现。但是AQS已经把其返回值的语义定义好了:负值代表获取失败;0代表获取成功,但没有剩余资源;正数表示获取成功,还有剩余资源,其他线程还可以去获取。所以这里acquireShared()的流程就是:

    1. tryAcquireShared()尝试获取资源,成功则直接返回;
    2. 失败则通过doAcquireShared()进入等待队列,直到获取到资源为止才返回。

3.3.1 doAcquireShared(int)

  此方法用于将当前线程加入等待队列尾部休息,直到其他线程释放资源唤醒自己,自己成功拿到相应量的资源后才返回。下面是doAcquireShared()的源码:

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 1 private void doAcquireShared(int arg) {  2 final Node node = addWaiter(Node.SHARED);//加入队列尾部  3 boolean failed = true;//是否成功标志  4 try {  5 boolean interrupted = false;//等待过程中是否被中断过的标志  6 for (;;) {  7 final Node p = node.predecessor();//前驱  8 if (p == head) {//如果到head的下一个,因为head是拿到资源的线程,此时node被唤醒,很可能是head用完资源来唤醒自己的  9 int r = tryAcquireShared(arg);//尝试获取资源 10 if (r >= 0) {//成功 11 setHeadAndPropagate(node, r);//将head指向自己,还有剩余资源可以再唤醒之后的线程 12 p.next = null; // help GC 13 if (interrupted)//如果等待过程中被打断过,此时将中断补上。 14  selfInterrupt(); 15 failed = false; 16 return; 17  } 18  } 19 20 //判断状态,寻找安全点,进入waiting状态,等着被unpark()或interrupt() 21 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && 22  parkAndCheckInterrupt()) 23 interrupted = true; 24  } 25 } finally { 26 if (failed) 27  cancelAcquire(node); 28  } 29 }

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 

  有木有觉得跟acquireQueued()很相似?对,其实流程并没有太大区别。只不过这里将补中断的selfInterrupt()放到doAcquireShared()里了,而独占模式是放到acquireQueued()之外,其实都一样,不知道Doug Lea是怎么想的。

  跟独占模式比,还有一点需要注意的是,这里只有线程是head.next时(“老二”),才会去尝试获取资源,有剩余的话还会唤醒之后的队友。那么问题就来了,假如老大用完后释放了5个资源,而老二需要6个,老三需要1个,老四需要2个。因为老大先唤醒老二,老二一看资源不够自己用继续park(),也更不会去唤醒老三和老四了。独占模式,同一时刻只有一个线程去执行,这样做未尝不可;但共享模式下,多个线程是可以同时执行的,现在因为老二的资源需求量大,而把后面量小的老三和老四也都卡住了。

 

3.3.1.1 setHeadAndPropagate(Node, int)

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 1 private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {  2 Node h = head;  3 setHead(node);//head指向自己  4 //如果还有剩余量,继续唤醒下一个邻居线程  5 if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0) {  6 Node s = node.next;  7 if (s == null || s.isShared())  8  doReleaseShared();  9  } 10 }

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 

  此方法在setHead()的基础上多了一步,就是自己苏醒的同时,如果条件符合(比如还有剩余资源),还会去唤醒后继结点,毕竟是共享模式!

  doReleaseShared()我们留着下一小节的releaseShared()里来讲。

 

3.3.2 小结

  OK,至此,acquireShared()也要告一段落了。让我们再梳理一下它的流程:

    1. tryAcquireShared()尝试获取资源,成功则直接返回;
    2. 失败则通过doAcquireShared()进入等待队列park(),直到被unpark()/interrupt()并成功获取到资源才返回。整个等待过程也是忽略中断的。

  其实跟acquire()的流程大同小异,只不过多了个自己拿到资源后,还会去唤醒后继队友的操作(这才是共享嘛)

3.4 releaseShared()共享模式释放资源

  上一小节已经把acquireShared()说完了,这一小节就来讲讲它的反操作releaseShared()吧。此方法是共享模式下线程释放共享资源的顶层入口。它会释放指定量的资源,如果彻底释放了(即state=0),它会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源。下面是releaseShared()的源码:

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

1 public final boolean releaseShared(int arg) { 2 if (tryReleaseShared(arg)) {//尝试释放资源 3 doReleaseShared();//唤醒后继结点 4 return true; 5  } 6 return false; 7 }

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 

  此方法的流程也比较简单,一句话:释放掉资源后,唤醒后继。跟独占模式下的release()相似,但有一点稍微需要注意:独占模式下的tryRelease()在完全释放掉资源(state=0)后,才会返回true去唤醒其他线程,这主要是基于可重入的考量;而共享模式下的releaseShared()则没有这种要求,一是共享的实质–多线程可并发执行;二是共享模式基本也不会重入吧(至少我还没见过),所以自定义同步器可以根据需要决定返回值。

3.4.1 doReleaseShared()

  此方法主要用于唤醒后继。下面是它的源码:

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 1 private void doReleaseShared() {  2 for (;;) {  3 Node h = head;  4 if (h != null && h != tail) {  5 int ws = h.waitStatus;  6 if (ws == Node.SIGNAL) {//如果头结点状态是signal,即需要唤醒后继节点  7 if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))//CAS一下如果当前状态是signal则重置为0,否则退出当前循环进入下次循环  8 continue;  9 unparkSuccessor(h);//唤醒后继 10  } 11 else if (ws == 0 && 12 !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))//如果头结点状态是0且CAS成功状态重置为传播失败了,退出当前循环进入下次循环 13 continue; 14  } 15 if (h == head)// head发生变化 16 break; 17  } 18 }

《AbstractQueuedSynchronizer AQS框架源码剖析,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》 JUC同步器框架(AQS框架)原文翻译,在openjdk8下看Unsafe源码,<span style=Thread详解,Thread详解,《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》》” />

 

3.5 小结

  本节我们详解了独占和共享两种模式下获取-释放资源(acquire-release、acquireShared-releaseShared)的源码,相信大家都有一定认识了。值得注意的是,acquire()和acquireSahred()两种方法下,线程在等待队列中都是忽略中断的。AQS也支持响应中断的,acquireInterruptibly()/acquireSharedInterruptibly()即是,这里相应的源码跟acquire()和acquireSahred()差不多,这里就不再详解了。

 

 四、简单应用

下面我们就以AQS源码里的Mutex为例,讲一下AQS的简单应用。

同步类自己(Mutex)则实现某个接口,对外服务。同步类在实现时一般都将自定义同步器(sync)定义为内部类,只用实现state的获取-释放方式tryAcquire-tryRelelase,至于线程的排队、等待、唤醒等,上层的AQS都已经实现好了,我们不用关心。

 1 class Mutex implements Lock, java.io.Serializable {
 2     // 自定义同步器
 3     private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
 4         // 判断是否锁定状态
 5         protected boolean isHeldExclusively() {
 6             return getState() == 1;
 7         }
 8 
 9         // 尝试获取资源,立即返回。成功则返回true,否则false。
10         public boolean tryAcquire(int acquires) {
11             assert acquires == 1; // 这里限定只能为1个量
12             if (compareAndSetState(0, 1)) {//state为0才设置为1,不可重入!
13                 setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());//设置为当前线程独占资源
14                 return true;
15             }
16             return false;
17         }
18 
19         // 尝试释放资源,立即返回。成功则为true,否则false。
20         protected boolean tryRelease(int releases) {
21             assert releases == 1; // 限定为1个量
22             if (getState() == 0)//既然来释放,那肯定就是已占有状态了。只是为了保险,多层判断!
23                 throw new IllegalMonitorStateException();
24             setExclusiveOwnerThread(null);
25             setState(0);//释放资源,放弃占有状态
26             return true;
27         }
28     }
29 
30     // 真正同步类的实现都依赖继承于AQS的自定义同步器!
31     private final Sync sync = new Sync();
32 
33     //lock<-->acquire。两者语义一样:获取资源,即便等待,直到成功才返回。
34     public void lock() {
35         sync.acquire(1);
36     }
37 
38     //tryLock<-->tryAcquire。两者语义一样:尝试获取资源,要求立即返回。成功则为true,失败则为false。
39     public boolean tryLock() {
40         return sync.tryAcquire(1);
41     }
42 
43     //unlock<-->release。两者语文一样:释放资源。
44     public void unlock() {
45         sync.release(1);
46     }
47 
48     //锁是否占有状态
49     public boolean isLocked() {
50         return sync.isHeldExclusively();
51     }
52 }

 五、总结

 

公共方法

子类需要自定义的方法(AQS中默认返回异常,子类覆盖实现)

子类可直接使用的方法

独占模式

CAS操作节点、state同步状态

compareAndSetState 设置同步状态

compareAndSetHead 设置head节点
compareAndSetTail    设置tail节点

compareAndSetWaitStatus设置等待状态
compareAndSetNext 设置下一个节点

 


protected boolean tryAcquire(int arg)获取资源
protected boolean tryRelease(int arg) 释放资源
protected boolean isHeldExclusively()该线程是否正在独占资源。

AbstractOwnableSynchronizer是AQS的父类,继承AQS类自然继承了AbstractOwnableSynchronizer,

方法:
protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread)设置当前独占线程

protected final Thread getExclusiveOwnerThread()获取当前独占线程

共享模式

protected int tryAcquireShared(int arg)获取资源

protected boolean tryReleaseShared(int arg) 释放资源

 

 

 了解了老李头的AQS,再去看JUC下的类就简单明了啦,如下:

1.独占模式

ReentrantLock:可重入锁。state=0独占锁,或者同一线程可多次获取锁(获取+1,释放-1)。
Worker(java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor类中的内部类)线程池类。shutdown关闭空闲工作线程,中断worker工作线程是独占的,互斥的。

2.共享模式
Semaphore:信号量。 控制同时有多少个线程可以进入代码段。(互斥锁的拓展)
CountDownLatch:倒计时器。  初始化一个值,多线程减少这个值,直到为0,倒计时完毕,执行后续代码。

3.独占+共享模式
ReentrantReadWriteLock:可重入读写锁。独占写+共享读,即并发读,互斥写。

 

========参考=================

1.《The java.util.concurrent Synchronizer Framework》

2.http://singleant.iteye.com/blog/1418580

3.http://www.cnblogs.com/waterystone/p/4920797.html

    原文作者:JUC
    原文地址: http://www.cnblogs.com/dennyzhangdd/p/7218983.html
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系博主进行删除。
点赞