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Java多線程——帶你看AQS框架源碼

stackvoid / 2371人閱讀

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

AQS，全稱(chēng)AbstractQueuedSynchronizer，是Concurrent包鎖的核心，沒(méi)有AQS就沒(méi)有Java的Concurrent包。它到底是個(gè)什么，我們來(lái)看看源碼的第一段注解是怎么說(shuō)明



看完第一段，總結(jié)下

AQS是一個(gè)同步的基礎(chǔ)框架，基于一個(gè)先進(jìn)先出的隊(duì)列。

鎖機(jī)制基于一個(gè)狀態(tài)值，它是原子值。

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

AQS剩余的方法就是圍繞隊(duì)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(shí)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(shuō)明該變量是對(duì)所有線程可見(jiàn)的。作用在于每個(gè)線程改變?cè)撝担紩?huì)馬上讓其他線程可見(jiàn)，在CAS（可見(jiàn)鎖概念與鎖優(yōu)化）的時(shí)候是必不可少的。在AQS類(lèi)中，不會(huì)直接操作這個(gè)值，而是交由它的子類(lèi)去操作和定義他的作用。

Node、head、tail

AQS中有一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)Node，其實(shí)現(xiàn)是一個(gè)雙向鏈表。head與tail則是這個(gè)鏈表的頭尾指針。作用是存儲(chǔ)獲取鎖失敗的阻塞線程。同樣的，這個(gè)鏈表是會(huì)被多個(gè)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(guò)CAS等原子方法去執(zhí)行。
Node還有一個(gè)模式的屬性：獨(dú)占模式和共享模式。獨(dú)占模式下，鎖是線程獨(dú)占的，而共享模式下，鎖是可以被多個(gè)線程占用的。

VarHandler

對(duì)于大多數(shù)需要操作的原子屬性，都對(duì)應(yīng)會(huì)有一個(gè)大寫(xiě)的值，它的類(lèi)是VarHandler。例如state、head、tail都有對(duì)應(yīng)的VarHandler，STATE、HEAD、TAIL。VarHandler是1.9的新特性，提供了類(lèi)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(duì)列，是AQS中一個(gè)非常關(guān)鍵內(nèi)部類(lèi)。這個(gè)名字起非常奇異，讓人搞不懂，看它類(lèi)注釋也看不懂說(shuō)了什么?？纯碅QS頭部注解

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

p.s. 只有獨(dú)占鎖才能配合該類(lèi)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(shí)現(xiàn)還是在子類(lèi)當(dāng)中，直接調(diào)用會(huì)拋出異常。

acquire()

嘗試獲取鎖，失敗則進(jìn)入隊(duì)列。

先執(zhí)行tryAcquire()（子類(lèi)實(shí)現(xiàn)），成功則直接返回，如果是獲取鎖失敗，則執(zhí)行addWaiter()，通過(guò)CAS在雙向鏈表的尾部添加一個(gè)新獨(dú)占節(jié)點(diǎn)。

然后把節(jié)點(diǎn)丟到acquireQueued()中執(zhí)行。該方法其實(shí)就是自旋嘗試獲取鎖或阻塞線程（子類(lèi)實(shí)現(xiàn)決定）。一開(kāi)始，獲取新節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)，如果這個(gè)節(jié)點(diǎn)是head，則證明只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，此時(shí)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(diǎn)狀態(tài)（子類(lèi)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(diǎn)一直在減少到前驅(qū)節(jié)點(diǎn)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(xiě)法，十分的藝術(shù)。利用條件判斷的短路規(guī)則，實(shí)現(xiàn)在if()條件內(nèi)嵌套判斷執(zhí)行語(yǔ)音。一般人(筆者本人)如果要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，會(huì)這么寫(xiě)

所以下次遇到類(lèi)似嵌套if條件判斷的語(yǔ)句，可以學(xué)習(xí)下acquire()的這種短路寫(xiě)法。贊

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