JDK源码之AQS源码剖析

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     AbstractQueuedSynchronizer(AQS)是JDK中实现并发编程的核心,平时我们工作中经常用到的ReentrantLock,CountDownLatch等都是基于它来实现的。

     AQS类中维护了一个双向链表(FIFO队列), 如下图所示:

    

    队列中的每个元素都用一个Node表示,我们可以看到,Node类中有几个静态常量表示的状态:

static final class Node {
        /** Marker to indicate a node is waiting in shared mode */
        static final Node SHARED = new Node();
        /** Marker to indicate a node is waiting in exclusive mode */
        static final Node EXCLUSIVE = null;

        /** waitStatus value to indicate thread has cancelled */
        static final int CANCELLED =  1;
        /** waitStatus value to indicate successor's thread needs unparking */
        static final int SIGNAL    = -1;
        /** waitStatus value to indicate thread is waiting on condition */
        static final int CONDITION = -2;
        static final int PROPAGATE = -3;
        volatile int waitStatus;
        volatile Node prev;

        volatile Node next;
volatile Thread thread; Node nextWaiter; final boolean isShared() { return nextWaiter == SHARED; } final Node predecessor() throws NullPointerException { Node p = prev; if (p == null) throw new NullPointerException(); else return p; } Node() { } Node(Thread thread, Node mode) { this.nextWaiter = mode; this.thread = thread; } Node(Thread thread, int waitStatus) { this.waitStatus = waitStatus; this.thread = thread; } }

  此外,AQS中通过一个state的volatile变量表示同步状态。

  那么AQS是如何通过队列实现锁操作的呢?

一.获取锁操作

   下面的是AQS中执行获取锁的代码:

public final void acquire(int arg) {
/**通过tryAcquire获取锁,如果成功获取到锁直接终止(selfInterrupt),否则将当前线程插入队列
* 这里的Node.EXCLUSIVE表示创建一个独占模式的节点
*/
if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt(); }

  然而实际上,AQS中并没有实现上面的tryAcquire(arg)方法,具体获取锁的操作需要由其子类比如ReentrantLock中的Sync实现:

 

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
//取到当前线程
final Thread current = Thread.currentThread();
//获取到state值(前文提到)
int c = getState();
//state为0标识当前没有线程占有锁
//如果队列中前面没有元素(因为是公平锁的原因,非公平锁中不进行判断,如果state为0直接获取到锁),CAS修改当前值
if (c == 0) { if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) {
//标识当前线程成功获取锁 setExclusiveOwnerThread(current);
return true; } }
//state不为0,且占有锁的线程是当前线程(这里涉及到一个可重入锁的概念)
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
//增加重入次数
int nextc = c + acquires;
//如果次数值溢出,抛出异常
if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); setState(nextc); return true; }
//如果锁已经被其它线程占用,获取锁失败
return false; }

       上面的代码注释中提到了可重入锁的概念,可重入锁又叫递归锁,简单来讲就是已经获取到锁的线程还可以再次获取到同一个锁,我们通常使用的syschronized操作,ReentrantLock都属于可重入锁。自旋锁则不属于可重入锁。

 下面我们再看一下如果tryAcquire失败,AQS是如何处理的:

private Node addWaiter(Node mode) {
//创建一个队列的Node Node node
= new Node(Thread.currentThread(), mode); //获取当前队列尾部 Node pred = tail; if (pred != null) {
//CAS操作尝试插入Node到等待队列,这里只尝试一次 node.prev
= pred; if (compareAndSetTail(pred, node)) { pred.next = node; return node; } }
//如果添加失败,enq这里会做自旋操作,知道插入成功。 enq(node);
return node; }
//自旋操作添加元素到队列尾部
private Node enq(final Node node) { for (;;) {
//获取尾节点 Node t
= tail;
//如果尾节点为空,说明当前队列是空,需要初始化队列
if (t == null) {
//初始化当前队列 if (compareAndSetHead(new Node())) tail = head; } else {
//通过CAS操作插入Node,设置Node为队列的尾节点,并返回Node node.prev
= t; if (compareAndSetTail(t, node)) { t.next = node; return t; } } } }
/**
* 如果插入的节点前面是head,尝试获取锁,
*/
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { boolean failed = true; try { boolean interrupted = false;
//自旋操作
for (;;) {
//获取当前插入节点的前置节点
final Node p = node.predecessor();
//前置节点是head,尝试获取锁
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
//设置head为当前节点,表示获取锁成功 setHead(node); p.next
= null; // help GC failed = false; return interrupted; }
//是否挂起当前线程,如果是,则挂起线程
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { if (failed) cancelAcquire(node); } }

    上面的代码有些复杂,这里解释一下,之前的addWaiter代码已经将node加入了等待队列,所以这里需要让节点队列中挂起,等待唤醒。队列的head节点代表的是当前占有锁的节点,首先判断插入的node的前置节点是否是head,如果是,尝试获取锁(tryAcquire),如果获取成功则将head设置为当前节点;如果获取失败需要判断是否挂起当前线程。

 
/**
* 判断是否可以挂起当前线程
*/
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
//ws为node前置节点的状态
int ws = pred.waitStatus; if (ws == Node.SIGNAL)        //如果前置节点状态为SIGNAL,当前节点可以挂起 return true; if (ws > 0) {

//通过循环跳过所有的CANCELLED节点,找到一个正常的节点,将当前节点排在它后面

//GC会将这些CANCELLED节点回收 do { node.prev = pred = pred.prev; } while (pred.waitStatus > 0); pred.next = node; } else {
//将前置节点的状态修改为SIGNAL
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL); } return false; }

 

//通过LockSupport挂起线程,等待唤醒
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        LockSupport.park(this);
        return Thread.interrupted();
}

 

 

二.释放锁操作

    有了获取锁的基础,再来看释放锁的源码就比较容易了,下面的代码执行的是AQS中释放锁的操作:

//释放锁的操作
public
final boolean release(int arg)
//尝试释放锁,这里tryRelease同样由子类实现,如果失败直接返回false
if (tryRelease(arg)) { Node h = head; if (h != null && h.waitStatus != 0) unparkSuccessor(h); return true; } return false; }

 下面的代码是尝试释放锁的操作:

 protected final boolean tryRelease(int releases) {
//获取state值,释放一定值
int c = getState() - releases; if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) throw new IllegalMonitorStateException(); boolean free = false;
//如果差是0,表示锁已经完全释放
if (c == 0) { free = true;
//下面设置为null表示当前没有线程占用锁 setExclusiveOwnerThread(
null); }
//如果c不是0表示锁还没有完全释放,修改state值 setState(c);
return free; }

 释放锁后,还需要唤醒队列中的一个后继节点:

private void unparkSuccessor(Node node) {
        //将当前节点的状态修改为0
        int ws = node.waitStatus;
        if (ws < 0)
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
        //从队列里找出下一个需要唤醒的节点
//首先是直接后继 Node s
= node.next;
//如果直接后继为空或者它的waitStatus大于0(已经放弃获取锁了),我们就遍历整个队列,
//获取第一个需要唤醒的节点
if (s == null || s.waitStatus > 0) { s = null; for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) if (t.waitStatus <= 0) s = t; } if (s != null)
//将节点唤醒 LockSupport.unpark(s.thread); }

 

posted @ 2017-05-17 09:57  _fred  阅读(4422)  评论(6编辑  收藏  举报