AbstractQueueSynchronizer源码

abstract class java.util.concurrent.locks.AbstarctQueueSynchronizer extends
AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable

AbstractQueueSynchronizer,简称AQS,是所有的锁类，如ReentrantLock、ReentrantRe

adWriteLock、CountDownLaunch、Semaphore、ThreadPoolExecutor等实现锁机制的基

础

AQS中实现了两套功能：独占功能和共享功能，每一个锁只能有一个功能。

以文件的查看为例，如果一个程序在对其进行读取操作，那么这一时刻，对这个文件的写操作就被阻塞，相反，这一时刻另一个程序对其进行同样的读操作是可以进行的。如果一个程序在对其进行写操作，那么所有的读与写操作在这一时刻就被阻塞，直到这个程序完成写操作。读操作就是共享操作，写操作就是独占操作。

1.类变量&常量

private transient volatile Node head;       //等待队列的头部

private transient volatile Node tail;       //等待队列的尾部

private volatile int state;                 //当前线程的状态

/* 一系列的unsafe操作
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long stateOffset;
private static final long headOffset;
private static final long tailOffset;
private static final long waitStatusOffset;
private static final long nextOffset;

static {
try {
stateOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("state"));
headOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("head"));
tailOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("tail"));
waitStatusOffset = unsafe.objectFieldOffset
(Node.class.getDeclaredField("waitStatus"));
nextOffset = unsafe.objectFieldOffset
(Node.class.getDeclaredField("next"));

} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}

2.构造方法

protected AbstractQueuedSynchronizer() { }  //为protected方法，只能被子类调用

3.内部类

1.ConditionObject类
//该类为Condition接口的实现，作为AQS中实现lock的基础，其字段均为transient的
public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable
private transient Node firstWaiter;

private transient Node lastWaiter;

private Node addConditionWaiter()    //添加一个Node节点进入等待队列

private void doSignal(Node first)    //删除和转移节点

private void doSignalAll(Node first) //删除所有节点，first为队列头结点

private void unlinkCancelledWaiters() //将取消的节点从队列中逸出

public final void signal() {        //删除队列的头结点，通知等待锁的某一个节点
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
Node first = firstWaiter;
if (first != null)
doSignal(first);
}

public final void signalAll() {     //删除队列中所有节点，即通知所有等待锁的结点
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
Node first = firstWaiter;
if (first != null)
doSignalAll(first);
}

2.Node类，作为等待队列的结点。sync队列对于锁的获取，请求形成节点，将其挂载在
尾部，而锁资源的转移（释放再获取）是从头部开始向后进行。

static final Node SHARED = new Node();  //表示节点处于共享功能，即位于condition队列

static final Node EXCLUSIVE = null;     //表示节点处于独占功能，即位于sync队列

/*
状态变量，有以下几种：
SIGNAL:当前节点的后继被阻塞，则当前节点的后继结点的需要被运行，即unpark；
CANCELLED：当前线程被取消
CONDITION:当前节点处于等待Condition队列中，等待Condition
PROPAGATE:当前的场景的后续releasedShared可以被运行
0：表示当前节点在sync队列中，等待着获取锁
*/
4000

static final int CANCELLED =  1;

static final int SIGNAL    = -1;

static final int CONDITION = -2;

static final int PROPAGATE = -3;

volatile int waitStatus;    //等待状态，上述四种状态之一

volatile Node prev;         //前驱

volatile Node next;         //后继

volatile Thread thread;     //与当前Node匹配的线程

Node nextWaiter;

Node(Thread thread, Node mode) {     // 应用于sync队列
this.nextWaiter = mode;
this.thread = thread;
}

Node(Thread thread, int waitStatus) { // 应用于Conditon队列
this.waitStatus = waitStatus;
this.thread = thread;
}

4.重要函数

1. acquire方法，以独占模式运行，忽略中断，完成synchronized语义。arg为状态变量。
通过调用至少一次tryAcquire方法并返回true。
否则将该线程封装成一个Node节点，并放入sync队列中。
然后再次尝试获取，如果没有获取到，则将其从调度器摘下来，并进入等待状态。
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}

2.该方法一般被子类重写，用于排他的获取状态
protected boolean tryAcquire(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}

3.addWaiter方法，将当前线程包装成一个Node节点，并添加到队列中，返回当前节点
private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);//判断是Node.EXCLUSIVE用于独占, 还是Node.SHARED用于共享

Node pred = tail;
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {    //利用原子操作，将node设为tail结点
pred.next = node;
return node;
}
}
enq(node);
return node;
}

//若尾节点为空，即sync队列未初始化，或在addWaiter未成功入队的节点，则会调用该方法
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { // 初始化队列
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {    //在循环中，可以确保节点全部入队列
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}

4.acuqireQueued方法，进行访问控制。只有一个线程能够获取锁，其他均必须等待。
每个线程均可以自省观察，当前驱为头结点并原子性获得状态，则可以运行
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();  //获取节点前驱，若为null报错
//若前驱为头结点且能获取状态，代表当前节点能够占有锁
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
//否则如果没有轮到当前节点运行，那么将当前线程从线程调度器上
//摘下，也就是进入等待状态。
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}

5.release方法，表示将资源释放，即将锁释放
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0) //waitStatus为等待状态
unparkSuccessor(h); //唤醒当前节点的后继节点所包含的线程
return true;
}
return false;
}

6.tryRelease方法，一般被子类重写，用于释放状态。参数为所要释放的状态
protected boolean tryRelease(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}

7.unparkSuccessor方法，唤醒当前节点的后继节点所包含的线程
private void unparkSuccessor(Node node) {

int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)     //若小于0，则将状态设为0
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);

/*
获取当前节点的后继节点，如果满足状态，那么进行唤醒操作
如果没有满足状态，从尾部开始找寻符合要求的节点并将其唤醒
*/
Node s = node.next;
if (s == null || s.waitStatus > 0) { //大于0表示处于取消状态
s = null;
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread);
}

回顾整个资源的获取和释放过程：

在获取时，维护了一个sync队列，每个节点都是一个线程在进行自旋，而依据就是自己是否是首节点的后继并且能够获取资源；

在释放时，仅仅需要将资源还回去，然后通知一下后继节点并将其唤醒。

这里需要注意，队列的维护（首节点的更换）是依靠消费者（获取时）来完成的，也就是说在满足了自旋退出的条件时的一刻，这个节点就会被设置成为首节点。

8.acquireShared方法，用于共享状态的获取
public final void acquireShared(int arg) {
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireShared(arg);   //获取失败则进入该方法
}

9.tryAcquireShared方法，一般被子类重写，用于在共享的模式下获取状态。若返回附属表示未获取到。
protected int tryAcquireShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}

10.doAcquireShared方法，用于共享模式获取。
private void doAcquireShared(int arg) {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);//首先将获取失败的节点加入到sync队列中
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) { //如果当前节点的前驱节点是头结点并且获取共享状态成功
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
if (interrupted)
selfInterrupt();
failed = false;
return;
}
}
//如果共享状态获取成功之后会判断后继节点是否是共享模式。
//如果是共享模式，那么就直接对其进行唤醒操作，也就是同时激发多个线程并发的运行。
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}

11.releaseShared方法，用于共享模式下的锁释放
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}

12.tryReleaseShared方法，子类一般重写该方法，用于共享模式下的释放资源
protected boolean tryRelease(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}

13.唤醒其后继结点
private void doReleaseShared() {

for (;;) {
Node h = head;
if (h != null && h != tail) {
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) {
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue;            // loop to recheck cases
unparkSuccessor(h);
}
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue;                // loop on failed CAS
}
if (h == head)                   // loop if head changed
break;
}
}

14.setExclusiveOwnerThread方法，继承自AbstractOwnableSynchronizer，表示设置当前独占锁的线程。若为null表示没有线程拥有访问权限
protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
exclusiveOwnerThread = thread;
}