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java并发编程学习之AQS

Tikitoo / 2217人阅读

摘要:原理全称,当线程去获取资源的时候,会根据状态值来判断是否有锁,如果有锁,则加入到链表,链表里的线程,通过自旋,判断资源是否已经释放,如果释放,则获取资源。

原理

全称AbstractQueuedSynchronizer,当线程去获取资源的时候,会根据状态值state来判断是否有锁,如果有锁,则加入到链表,链表里的线程,通过自旋,判断资源是否已经释放,如果释放,则获取资源。

AQS结构

volatile Node head:阻塞的头节点

volatile Node tail:阻塞的尾节点,新的阻塞节点加到最后

volatile int state:锁的状态,0说明未占用,大于等于1说明已占用

Thread exclusiveOwnerThread:占用锁的当前线程

node:双向链表的节点信息

Node EXCLUSIVE:独占模式

volatile Thread thread:当前线程

volatile Node prev:前置节点

volatile Node next:后置节点

volatile int waitStatus:状态字段,-1:等待被唤醒,大于0,被取消

源码分析

这里以非公平锁为例

加锁 lock

获取锁

final void lock() {
    if (compareAndSetState(0, 1))//如果状态是0,则设置为1
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());//设置占用锁为当前的线程
    else
        acquire(1);//资源被占用
}
acquire

锁被占用后,再尝试获取,获取不到,进入阻塞队列

public final void acquire(int arg) {
    if (!tryAcquire(arg) &&
        acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}
tryAcquire:

调用的是Sync的nonfairTryAcquire方法。

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();//获取当前线程
    int c = getState();//获取当前状态
    if (c == 0) {
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {//为当前线程,重入
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0) // overflow
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}
addWaiter

把线程封装成node,加入队列

private Node addWaiter(Node mode) {
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
    Node pred = tail;//获取尾节点
    if (pred != null) {
        node.prev = pred;//当前节点的前置节点为获取到的尾节点
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {//设置当前节点为尾节点
            pred.next = node;//如果cas操作成功,设置双向链表
            return node;
        }
    }
    enq(node);
    return node;
}
enq

通过自旋的方式,加入到尾节点

private Node enq(final Node node) {
    for (;;) {
        Node t = tail;//获取尾节点
        if (t == null) { // 如果尾节点为空,初始化头节点和尾节点,地址为同一个
            if (compareAndSetHead(new Node()))
                tail = head;
        } else {
            node.prev = t;
            if (compareAndSetTail(t, node)) {//加入尾节点
                t.next = node;
                return t;
            }
        }
    }
}
acquireQueued
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();//获取前置节点
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {//如果前置节点是head,并且获取到了锁
                setHead(node);//把当前节点设置到head上面
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            //如果既不是队头,或者没有抢过其他线程
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())//如果队头是唤醒的状态,就用parkAndCheckInterrupt挂起
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}
shouldParkAfterFailedAcquire
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
    int ws = pred.waitStatus;
    if (ws == Node.SIGNAL)
        /*
         * This node has already set status asking a release
         * to signal it, so it can safely park.
         */
        return true;//唤醒,返回true
    if (ws > 0) {
        /*
         * Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
         * indicate retry.
         */
        do {
            node.prev = pred = pred.prev;//如果被取消了,被取消的前置节点替换当前节点的前置节点
        } while (pred.waitStatus > 0);
        pred.next = node;//双向链表
    } else {
        /*
         * waitStatus must be 0 or PROPAGATE.  Indicate that we
         * need a signal, but don"t park yet.  Caller will need to
         * retry to make sure it cannot acquire before parking.
         */
        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);//前置节点状态设置为唤醒
    }
    return false;
}
唤醒 unlock
public void unlock() {
    sync.release(1);
}
release
public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
            unparkSuccessor(h);//唤醒头节点
        return true;
    }
    return false;
}
tryRelease
protected final boolean tryRelease(int releases) {
    int c = getState() - releases;//可能重入的情况
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())//非当前线程抛异常
        throw new IllegalMonitorStateException();
    boolean free = false;
    if (c == 0) {//不用cas是因为仅有当前显示有锁
        free = true;
        setExclusiveOwnerThread(null);
    }
    setState(c);
    return free;
}
 private void unparkSuccessor(Node node) {
    /*
     * If status is negative (i.e., possibly needing signal) try
     * to clear in anticipation of signalling.  It is OK if this
     * fails or if status is changed by waiting thread.
     */
    int ws = node.waitStatus;
    if (ws < 0)
        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);//如果头节点当前waitStatus<0, 修改为0

    /*
     * Thread to unpark is held in successor, which is normally
     * just the next node.  But if cancelled or apparently null,
     * traverse backwards from tail to find the actual
     * non-cancelled successor.
     */
    Node s = node.next;
    //唤醒下一个节点,如果第一个为空,从尾部遍历上去,获取最前面的waitStatus 小于0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)
        LockSupport.unpark(s.thread);//唤醒
}

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