JUC AQS（AbstractQueuedSynchronizer）

文章目录

AQS （AbstractQueuedSynchronizer^1.5+^）
CLH 锁队列
- AbstractQueuedSynchronizer 成员变量说明
- AbstractQueuedSynchronizer.Node 源码
- CLH 队列原理图
- - 入队逻辑方法
  - 出队逻辑方法
继承 AQS 需要实现的几个方法
AQS 对象序列化
ReentrantLock 源码解析
- ReentrantLock Lock 加锁过程源码解析
- ReentrantLock unlock 解锁过程源码解析
总结

AQS （AbstractQueuedSynchronizer^1.5+）

按照类名直译过来就是抽象队列同步器。用于实现依赖先进先出（FIFO）等待队列的阻塞式锁或相关的同步器。它是这些锁、同步器的基础，提供了一个整体框架实现，我们只需要实现 AQS 的几个方法就能实现自己的 ReentrantLock

CLH 锁队列

CLH(Craig, Landin, Hagersten 三位大神发明的队列，其本身是一个单向链表，但在 AQS 中是使用的双向链表实现)，它是 AQS 实现等待队列的基础

AbstractQueuedSynchronizer 成员变量说明

/*** 等待队列的头，懒初始化的，在初始化后，只能通过 setHead 方法修改* 如果 head 节点的存在，则 head 的状态 waitStatus 不会是 Node.CANCELLED 的* 出队，就是从 head 出*/private transient volatile Node head;/*** 等待队列的尾部，懒初始化，初始化后只能通过 enq 方法添加新的等待节点*/private transient volatile Node tail;/*** 同步器的状态* 通过 getState、setState、compareAndSetState 方法操作* */private volatile int state;

AbstractQueuedSynchronizer.Node 源码

static final class Node {/** 标识节点为共享模式 */static final Node SHARED = new Node();/** 标识节点为独占模式 */static final Node EXCLUSIVE = null;/** waitStatus 的值为1，标明为当前节点已取消 */static final int CANCELLED =  1;/** waitStatus 的值为 -1，标明当前节点的后续节点需要取消等待（调用unpark）*/static final int SIGNAL    = -1;/** waitStatus 的值为 -2，标明后续节点在 condition 上等待*/static final int CONDITION = -2;/*** waitStatus 的值为 -3，通知后续节点当前节点当前已 releaseShared */static final int PROPAGATE = -3;/*** 状态字段，取值如下：*   SIGNAL -1:     此节点之后的节点为阻塞（park），当此节点在释放后，后续的节点应该upark*   CANCELLED 1:  此节点由于超时或中断而被取消，具有取消节点的线程永远不会再阻塞。*   CONDITION -2:  此节点当前位于条件队列中。在传输之前，它不会被用作同步队列节点，此时状态将被设置为0。 *   PROPAGATE -3:  需要保证传播 releaseShared 的其他节点*   0:          以上状态之外的值** 非负数字不需要发送信号** 普通同步节点初始化为 0* 条件节点初始化为 CONDITION*/volatile int waitStatus;/*** 当前节点的前一个节点，在出队时被设置为 null*/volatile Node prev;/*** 当前节点的 next 节点*/volatile Node next;/*** 进入该节点的线程*/volatile Thread thread;/*** 下一个等待条件的节点或特殊节点 SHARED*/Node nextWaiter;/*** 判断节点是否在共享模式下等待*/final boolean isShared() {return nextWaiter == SHARED;}/*** 返回 prev 节点，如果为空，这抛出 NullPointerException ** @return the predecessor of this node*/final Node predecessor() throws NullPointerException {Node p = prev;if (p == null)throw new NullPointerException();elsereturn p;}Node() {    // Used to establish initial head or SHARED marker}Node(Thread thread, Node mode) {     // Used by addWaiterthis.nextWaiter = mode;this.thread = thread;}Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Conditionthis.waitStatus = waitStatus;this.thread = thread;}}

CLH 队列原理图

在这里插入图片描述

CLH 队列是双向链表的实现，只有一个地方比较特殊，就是入队时，第一个入队节点之前会加入一个没有设置节点对应的线程和mode模式的 new Node() 节点，这个主要是因为出队时的逻辑限制，CLH 队列入队和出队主要对应如下几个方法

入队逻辑方法

    // 没有获得锁，当前线程加入队列排队// 实际就是 CHL 队列的入队逻辑private Node addWaiter(Node mode) {// 通过当前线程和排队模式新建 Node 节点// Node.EXCLUSIVE 为独占模式； Node.SHARED 为共享模式Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);// 当前队列的队尾元素Node pred = tail;// 当前队列的队尾不为 nullif (pred != null) {// 设置当前节点的 prev（前置节点） 为 tailnode.prev = pred;// CAS 设置 pred 为 node（就是将当前 node 设置为 tail）if (compareAndSetTail(pred, node)) {pred.next = node;return node;}}// 当前队尾为 null 执行 enq 逻辑enq(node);return node;}private Node enq(final Node node) {for (;;) {// t 指向队尾元素Node t = tail;// 当前队尾为 nullif (t == null) { // Must initialize// 新建一个 Node 设置为 headif (compareAndSetHead(new Node()))tail = head;// 这里没有 return 会继续循环下一次} else {// 当前节点的 prev 指向队尾元素node.prev = t;// 设置 t 为 当前节点if (compareAndSetTail(t, node)) {// 设置 t 的 next 为当前节点t.next = node;return t;}}}}

出队逻辑方法

    final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {// 是否失败，默认为 trueboolean failed = true;try {// 是否被打断，默认否boolean interrupted = false;for (;;) {// 获取当前节点的前驱节点（前驱节点为空将抛异常）// 这也是为什么 CLH 队列第一个节点为 new Node() 的原因// new Node只是一个占位节点final Node p = node.predecessor();// 如果前驱节点为 head 节点// 且 tryAcquire 成功，则前驱节点出队if (p == head && tryAcquire(arg)) {// 设置 head 为当前节点setHead(node);p.next = null; // help GCfailed = false;// 返回否 false，将不会执行 selfInterrupt()// 即不会执行当前线程的 interrupt 方法return interrupted;}// shouldParkAfterFailedAcquire 检查 prev 的 waitStatus 状态// 为 SIGNAL 才返回 true// parkAndCheckInterrupt() park 当前线程（开始阻塞）// 当执行的线程 unpark 后，返回当前线程是否被打断if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&parkAndCheckInterrupt())interrupted = true;}} finally {// 如果出队失败，则取消掉当前节点if (failed)cancelAcquire(node);}}

出队逻辑和入队逻辑都是 AQS 类的方法。

继承 AQS 需要实现的几个方法

    /*** 尝试以独占模式获取锁** 执行获取锁的线程都会调用此方法，如果此方法返回失败，则将尚未排队的线程加入队列排队，直到收到其他线程发出的释放信号。* 此方法用于实现 Lock.tryLock() 方法** 默认实现是抛出 UnsupportedOperationException 异常** @param arg 原则上是可以表示任何内容的值。主要用于判断是否可以获取、以及是否需要等待等* @return true：表示可以获取锁，false 表示无法获取锁* @throws IllegalMonitorStateException 非法的同步器状态* @throws UnsupportedOperationException 如果不支持独占模式*/protected boolean tryAcquire(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();}/*** 尝试释放独占锁** 所有的执行线程都会调用此方法来释放锁*** 默认实现是抛出 UnsupportedOperationException 异常** @param arg 原则上是可以表示任何内容的值。主要用于判断是否可以获取、以及是否需要等待等* @return true：表示锁释放成功，其他等待的线程可以尝试获取了，false 表示释放锁失败* @throws IllegalMonitorStateException 非法的同步器状态* @throws UnsupportedOperationException 如果不支持独占模式*/protected boolean tryRelease(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();}/*** 尝试以共享模式获取锁** 执行获取锁的线程都会调用此方法，如果此方法返回失败，则将尚未排队的线程加入队列排队，直到收到其他线程发出的释放信号。** 默认实现抛出：UnsupportedOperationException 异常** @param arg 原则上是可以表示任何内容的值。主要用于判断是否可以获取、以及是否需要等待等* @return 小于 0，表示在共享模式下获取失败* 		   等于 0，表示在共享模式下获取成功，且没有后续的共享模式能够成功获取* 		   大于 0，表示在共享模式下获取成功，且后续的共享模式获取也能够成功。在此情况下，后续的等待线程必须检查可用性。* @throws IllegalMonitorStateException 非法的同步器状态* @throws UnsupportedOperationException 如果不支持共享模式*/protected int tryAcquireShared(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();}/*** 尝试释放共享锁** 所以执行的线程都会执行此方法来释放共享锁** 默认实现抛出：UnsupportedOperationException 异常** @param arg 原则上是可以表示任何内容的值。主要用于判断是否可以获取、以及是否需要等待等* @return 成功释放，且其他等待线程可以尝试获取锁，则返回 true，否则返回 false* @throws IllegalMonitorStateException 非法的同步器状态* @throws UnsupportedOperationException 如果不支持共享模式*/protected boolean tryReleaseShared(int arg) {throw new UnsupportedOperationException();}/*** Returns 如果当前线程持有锁，则返回 true.  * ConditionObject 的 signal 方法在调用时都会调用此方法** 此方法仅在 AbstractQueuedSynchronizer 内部调用。* 用于 ConditionObject ，如果不使用 ConditionObject 可以不用实现 ** @return 如果当前线程持有锁，则返回 true. * @throws UnsupportedOperationException 如果 ConditionObject 不支持*/protected boolean isHeldExclusively() {throw new UnsupportedOperationException();}

AQS 对象序列化

AQS 的序列化只存储底层的原子整数维护状态，因此反序列化的对象具有空线程队列。所以我们需要定义一个 readObject 方法，该方法在反序列化时将其恢复到已知的初始状态。

ReentrantLock 源码解析

ReentrantLock 涉及到的源码继承关系图

在这里插入图片描述

这里的红色线都表示为静态内部类，ReentrantLock 有 Sync 和 FairSync、NonFairSync 三个静态内部类，AQS 有 Node 和 ConditionObject 两个静态内部类。

ReentrantLock Lock 加锁过程源码解析

注：这里是使用的 new ReentrantLock() 方式，其实就是 NonfairSync（非公平锁的方式）

请添加图片描述

看不清可以点击大图查看，也可以通过本文最上面的链接下载图片来查看，由于平台限制（最5M）我本地画的高清图片无法上传。

ReentrantLock unlock 解锁过程源码解析

请添加图片描述

关于源码的解析，要写成文章，真是太难了，这里也只是把相关的逻辑做成图片的形式更方便梳理其中的逻辑，图中也将相关的源码方法都贴了上去，并做了相关的逻辑解释，这些解释并不一定准确，希望对大家有所帮助

总结

这里我们只分析了 ReentrantLock 的 lock、unlock 方法的源码分析，ReentrantLock 的其他方法以及 ReentrantReadWriteLock、CountDownLatch、Semaphore 等实现都与我们分析的这些差不太多，我们就不再一一的做解析了，这里我们先总结一下，源码分析的过程与方法，最后再总结一下结论吧。