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Java AQS

1.什么是AQS

AQS是AbstractQueuedSynchronizer,抽象队列同步器,AQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架。

AQS是一个通过内置的FIFO双向队列来完成线程的排队工作(内部通过结点head和tail记录队首和队尾元素,元素的结点类型为Node类型,后面我们会看到Node的具体构造)。

AQS定义两种资源共享方式:Exclusive(独占,只有一个线程能执行,如ReentrantLock)和Share(共享,多个线程可同时执行,如Semaphore/CountDownLatch)。 

模板方法的设计模式。

2.AQS节点结构

    static final class Node {

        /**
         * 当前线程的等待状态, taking on only the values:
         *   SIGNAL:     The successor of this node is (or will soon be)
         *               blocked (via park), so the current node must
         *               unpark its successor when it releases or
         *               cancels. To avoid races, acquire methods must
         *               first indicate they need a signal,
         *               then retry the atomic acquire, and then,
         *               on failure, block.
         *   CANCELLED:  This node is cancelled due to timeout or interrupt.
         *               Nodes never leave this state. In particular,
         *               a thread with cancelled node never again blocks.
         *   CONDITION:  This node is currently on a condition queue.
         *               It will not be used as a sync queue node
         *               until transferred, at which time the status
         *               will be set to 0. (Use of this value here has
         *               nothing to do with the other uses of the
         *               field, but simplifies mechanics.)
         *   PROPAGATE:  A releaseShared should be propagated to other
         *               nodes. This is set (for head node only) in
         *               doReleaseShared to ensure propagation
         *               continues, even if other operations have
         *               since intervened.
         *   0:          None of the above
         *
         * The values are arranged numerically to simplify use.
         * Non-negative values mean that a node doesn't need to
         * signal. So, most code doesn't need to check for particular
         * values, just for sign.
         *
         * The field is initialized to 0 for normal sync nodes, and
         * CONDITION for condition nodes.  It is modified using CAS
         * (or when possible, unconditional volatile writes).
         */
        volatile int waitStatus;
        /**
         * 当前节点的前一个节点
         */
        volatile Node prev;

        /**
         * 当前节点的下一个节点
         */
        volatile Node next;

        /**
         * 当前节点对应的排队线程.
         */
        volatile Thread thread;

        /**
         * 同步状态
         */
        private volatile int state;

2.1 结点状态waitStatus

      这里我们说下Node。Node结点是对每一个等待获取资源的线程的封装,其包含了需要同步的线程本身及其等待状态,如是否被阻塞、是否等待唤醒、是否已经被取消等。变量waitStatus则表示当前Node结点的等待状态,共有5种取值CANCELLED、SIGNAL、CONDITION、PROPAGATE、0。

  • CANCELLED(1):表示当前结点已取消调度。当timeout或被中断(响应中断的情况下),会触发变更为此状态,进入该状态后的结点将不会再变化。

  • SIGNAL(-1):表示后继结点在等待当前结点唤醒。后继结点入队时,会将前继结点的状态更新为SIGNAL。

  • CONDITION(-2):表示结点等待在Condition上,当其他线程调用了Condition的signal()方法后,CONDITION状态的结点将从等待队列转移到同步队列中,等待获取同步锁。

  • PROPAGATE(-3):共享模式下,前继结点不仅会唤醒其后继结点,同时也可能会唤醒后继的后继结点。

  • 0:新结点入队时的默认状态。

注意,负值表示结点处于有效等待状态,而正值表示结点已被取消。所以源码中很多地方用>0、<0来判断结点的状态是否正常

3. AQS关键操作

3.1 AQS入列(addWaiter)

操作方法备注
入列addWaiter队尾插入节点
加锁(获取独占资源)acquire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,
尝试加锁tryAcquire

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

加锁和入列acquireQueued当前节点尝试加锁,加锁成功,则当前节点作为等待队列head;如果加锁失败,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。

参考文献:

1.马士兵2021年最新Java多线程高并发编程详细讲解

2.https://www.cnblogs.com/waterystone/p/4920797.html

悦读

道可道,非常道;名可名,非常名。 无名,天地之始,有名,万物之母。 故常无欲,以观其妙,常有欲,以观其徼。 此两者,同出而异名,同谓之玄,玄之又玄,众妙之门。

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