AQS源码分析看这一篇就够了
好了，咱们来开始今天的内容，首先咱们来看下AQS是什么，全称是 AbstractQueuedSynchronizer翻译过来就是【抽象队列同步】对吧。经过名字咱们也能看出这是个抽象类
并且里面定义了不少的方法
里面这么多方法，我们固然不是一个个去翻。里面还有不少的抽象方法，我们还得找它的实现多麻烦对不对。因此咱们换个方式来探索。java
场景模拟
咱们先来看下这样一个场景
在这里咱们有一个能被多个线程共享操做的资源，在这个场景中应该能看出咱们的数据是不安全的，由于咱们并不能保证咱们的操做是原子操做对吧。基于这个场景咱们经过代码来看看效果node
package com.example.demo;
public class AtomicDemo {
// 共享变量
private static int count = 0;
// 操做共享变量的方法
public static void incr(){
// 为了演示效果 休眠一会儿
try {
Thread.sleep(1);
count ++;
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < 1000 ; i++) {
new Thread(()->AtomicDemo.incr()).start();
}
Thread.sleep(4000);
System.out.println("result:" + count);
}
}
经过执行发现，执行的结果是一个不肯定的值，但老是会小于等于1000，至于缘由，是由于incr() 方法不是一个原子操做。为何不是原子操做这个我们今天就不深究此处了.
迎合今天的主题，咱们经过Lock来解决安全
package com.example.demo;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class AtomicDemo {
// 共享变量
private static int count = 0;
private static Lock lock = new ReentrantLock();
// 操做共享变量的方法
public static void incr(){
// 为了演示效果 休眠一会儿
try {
lock.lock();
Thread.sleep(1);
count ++;
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
lock.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < 1000 ; i++) {
new Thread(()->AtomicDemo.incr()).start();
}
Thread.sleep(4000);
System.out.println("result:" + count);
}
}
而后咱们运行发现结果都是 1000了，这也就是1000个线程都去操做这个 count 变量，结果符合咱们的预期了。那lock究竟是怎么实现的呢？函数
需求分析
咱们先来分析分析
这样的图片看着比较复杂，我们简化下。
咱们本身假设下，若是要你去设计这样的方法，你应该要怎么设计，他们须要实现哪些功能，
首先是lock方法，它是否是要知足这几个功能。
需求清楚了，那咱们怎么设计呢？
第一个互斥怎么作，也就是多个线程只有一个线程能抢占到资源，这个时候咱们能够这样设置源码分析
// 给一个共享资源
Int state = 0 ; // 0表示资源没有被占用，能够抢占
if(state == 0 ){
// 表示能够获取锁
}else{
// 表示锁被抢占 须要阻塞等待
}
而后就是没有抢占到锁的线程的存储，咱们能够经过一个队列，利用FIFO来实现存储。
最后就是线程的阻塞和唤醒。你们说说有哪些阻塞线程的方式呀？ui
1.wait/notify: 不合适，不能唤醒指定的线程
2.Sleep：休眠，相似于定时器
3.Condition：能够唤醒特定线程
4.LockSupport:
LockSupport.park():阻塞当前线程
LockSupport.unpark(Thread t):唤醒特定线程
结合今天的主题，咱们选择LockSupport来实现阻塞和唤醒。
好了，到这儿咱们已经猜测到了Lock中的实现逻辑，可是在探究源码以前咱们还有个概念须要先和你们讲下，由于这个是咱们源码中会接触到的一个，先讲了，看的时候就比较轻松了对吧。this
什么是重入锁？
咱们先来看看重入锁的场景代码spa
package com.example.demo;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class AtomicDemo {
// 共享变量
private static int count = 0;
private static Lock lock = new ReentrantLock();
// 操做共享变量的方法
public static void incr(){
// 为了演示效果 休眠一会儿
try {
lock.lock();
Thread.sleep(1);
count ++;
// 调用了另一个方法。
decr();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
lock.unlock();
}
}
public static void decr(){
try {
// 重入锁
lock.lock();
count--;
}catch(Exception e){
}finally {
lock.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
for (int i = 0; i < 1000 ; i++) {
new Thread(()->AtomicDemo.incr()).start();
}
Thread.sleep(4000);
System.out.println("result:" + count);
}
}
首先你们考虑这段代码会死锁吗？ 你们给我个回复，我看看你们的理解的怎么样
好了，有说会死锁的，有说不会，其实这儿是不会死锁的，并且结果就是0.为何呢？
这个实际上是锁的一个嵌套，由于这两把锁都是同一个 线程对象，咱们讲共享变量的设计是
当state=0；线程能够抢占到资源 state =1; 若是进去嵌套访问 共享资源，这时 state = 2 若是有多个嵌套 state会一直累加，释放资源的时候， state–，直到全部重入的锁都释放掉 state=0，那么其余线程才能继续抢占资源，说白了重入锁的设计目的就是为了防止 死锁！线程
AQS类图
经过类图咱们能够发现右车的业务应用其实内在都有相识的设计，这里咱们只须要搞清楚其中的一个，其余的你本身应该就能够看懂~，好了咱们就具体结合前面的案例代码，以ReentrantLock为例来介绍AQS的代码实现。翻译
源码分析
在看源码以前先回顾下这个图，带着问题去看，会更轻松
Lock.lock()
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
这个方法逻辑比较简单，if条件成立说明 抢占锁成功并设置 当前线程为独占锁
else 表示抢占失败，acquire(1) 方法咱们后面具体介绍
compareAndSetState(0, 1)：用到了CAS 是一个原子操做方法，底层是UnSafe.做用就是设置 共享操做的 state 由0到1. 若是state的值是0就修改成1
setExclusiveOwnerThread：代码很简单，进去看一眼便可
acquire方法
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
1.tryAcquire()尝试直接去获取资源，若是成功则直接返回（这里体现了非公平锁，每一个线程获取锁时会尝试直接抢占加塞一次，而CLH队列中可能还有别的线程在等待）；
2.addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式；
3.acquireQueued()使线程阻塞在等待队列中获取资源，一直获取到资源后才返回。若是在整个等待过程当中被中断过，则返回true，不然返回false。若是线程在等待过程当中被中断过，它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt()，将中断补上。
固然这里代码的做用我是提早研究过的，对于你们确定不是很清楚，咱们继续里面去看，最后你们能够回到这儿再论证。
tryAcquire(int)
再次尝试抢占锁
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
//再次尝试抢占锁
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
// 重入锁的状况
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
// false 表示抢占失败
return false;
}
addWaiter
将阻塞的线程添加到双向链表的结尾
private Node addWaiter(Node mode) {
//以给定模式构造结点。mode有两种：EXCLUSIVE（独占）和SHARED（共享）
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
//尝试快速方式直接放到队尾。
Node pred = tail;
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
//上一步失败则经过enq入队。
enq(node);
return node;
}
enq(Node)
private Node enq(final Node node) {
//CAS"自旋"，直到成功加入队尾
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { // 队列为空，建立一个空的标志结点做为head结点，并将tail也指向它。
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {//正常流程，放入队尾
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
第一个if语句
else语句
线程3进来会执行以下代码
那么效果图
acquireQueued(Node, int)
OK，经过tryAcquire()和addWaiter()，该线程获取资源失败，已经被放入等待队列尾部了。聪明的你马上应该能想到该线程下一部该干什么了吧：进入等待状态休息，直到其余线程完全释放资源后唤醒本身，本身再拿到资源，而后就能够去干本身想干的事了。没错，就是这样！是否是跟医院排队拿号有点类似~~acquireQueued()就是干这件事：在等待队列中排队拿号（中间没其它事干能够休息），直到拿到号后再返回。这个函数很是关键，仍是上源码吧：
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;//标记是否成功拿到资源
try {
boolean interrupted = false;//标记等待过程当中是否被中断过
//又是一个“自旋”！
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();//拿到前驱
//若是前驱是head，即该结点已成老二，那么便有资格去尝试获取资源（多是老大释放完资源唤醒本身的，固然也可能被interrupt了）。
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);//拿到资源后，将head指向该结点。因此head所指的标杆结点，就是当前获取到资源的那个结点或null。
p.next = null; // setHead中node.prev已置为null，此处再将head.next置为null，就是为了方便GC回收之前的head结点。也就意味着以前拿完资源的结点出队了！
failed = false; // 成功获取资源
return interrupted;//返回等待过程当中是否被中断过
}
//若是本身能够休息了，就经过park()进入waiting状态，直到被unpark()。若是不可中断的状况下被中断了，那么会从park()中醒过来，发现拿不到资源，从而继续进入park()等待。
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;//若是等待过程当中被中断过，哪怕只有那么一次，就将interrupted标记为true
}
} finally {
if (failed) // 若是等待过程当中没有成功获取资源（如timeout，或者可中断的状况下被中断了），那么取消结点在队列中的等待。
cancelAcquire(node);
}
}
到这里了，咱们先不急着总结acquireQueued()的函数流程，先看看shouldParkAfterFailedAcquire()和parkAndCheckInterrupt()具体干些什么。
shouldParkAfterFailedAcquire(Node, Node)
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus;//拿到前驱的状态
if (ws == Node.SIGNAL)
//若是已经告诉前驱拿完号后通知本身一下，那就能够安心休息了
return true;
if (ws > 0) {
/*
* 若是前驱放弃了，那就一直往前找，直到找到最近一个正常等待的状态，并排在它的后边。
* 注意：那些放弃的结点，因为被本身“加塞”到它们前边，它们至关于造成一个无引用链，稍后就会被保安大叔赶走了(GC回收)！
*/
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
//若是前驱正常，那就把前驱的状态设置成SIGNAL，告诉它拿完号后通知本身一下。有可能失败，人家说不定刚刚释放完呢！
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}
整个流程中，若是前驱结点的状态不是SIGNAL，那么本身就不能安心去休息，须要去找个安心的休息点，同时能够再尝试下看有没有机会轮到本身拿号。
parkAndCheckInterrupt()
若是线程找好安全休息点后，那就能够安心去休息了。此方法就是让线程去休息，真正进入等待状态。
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);//调用park()使线程进入waiting状态
return Thread.interrupted();//若是被唤醒，查看本身是否是被中断的。
}
好了，咱们能够小结下了。
看了shouldParkAfterFailedAcquire()和parkAndCheckInterrupt()，如今让咱们再回到acquireQueued()，总结下该函数的具体流程：
1.结点进入队尾后，检查状态，找到安全休息点；
2.调用park()进入waiting状态，等待unpark()或interrupt()唤醒本身；
3.被唤醒后，看本身是否是有资格能拿到号。若是拿到，head指向当前结点，并返回从入队到拿到号的整个过程当中是否被中断过；若是没拿到，继续流程1。
最后咱们再回到前面的acquire方法来总结下
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
总结下它的流程吧
1.调用自定义同步器的tryAcquire()尝试直接去获取资源，若是成功则直接返回；
2.没成功，则addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式；
3.acquireQueued()使线程在等待队列中休息，有机会时（轮到本身，会被unpark()）会去尝试获取资源。获取到资源后才返回。若是在整个等待过程当中被中断过，则返回true，不然返回false。
4.若是线程在等待过程当中被中断过，它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt()，将中断补上。
Lock.unlock()
好了，lock方法看完后，咱们再来看下unlock方法
release(int)
它会释放指定量的资源，若是完全释放了（即state=0）,它会唤醒等待队列里的其余线程来获取资源。这也正是unlock()的语义，固然不只仅只限于unlock()
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;//找到头结点
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);//唤醒等待队列里的下一个线程
return true;
}
return false;
}
tryRelease(int)
此方法尝试去释放指定量的资源。下面是tryRelease()的源码：
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {//这里是先尝试释放一下资源，通常均可以释放成功，除了屡次重入但只释放一次的状况。
Node h = head;
//这里判断的是 阻塞队列是否还存在和head节点是不是tail节点，由于以前说过，队列的尾节点的waitStatus是为0的
if (h != null && h.waitStatus != 0)
//到这里就说明head节点已经释放成功啦，就先去叫醒后面的直接节点去抢资源吧
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
private void unparkSuccessor(Node node) {
//这里，node通常为当前线程所在的结点。
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)//置零当前线程所在的结点状态，容许失败。
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
Node s = node.next;//找到下一个须要唤醒的结点s
if (s == null || s.waitStatus > 0) {//若是为空或已取消
s = null;
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) // 从后向前找。
if (t.waitStatus <= 0)//从这里能够看出，<=0的结点，都是还有效的结点。
s = t;
}
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread);//唤醒
}
这个函数并不复杂。一句话归纳：用unpark()唤醒等待队列中最前边的那个未放弃线程，这里咱们也用s来表示吧。此时，再和acquireQueued()联系起来，s被唤醒后，进入if (p == head && tryAcquire(arg))的判断（即便p!=head也不要紧，它会再进入shouldParkAfterFailedAcquire()寻找一个安全点。这里既然s已是等待队列中最前边的那个未放弃线程了，那么经过shouldParkAfterFailedAcquire()的调整，s也必然会跑到head的next结点，下一次自旋p==head就成立啦），而后s把本身设置成head标杆结点，表示本身已经获取到资源了，acquire()也返回了
好了，到这咱们就由于把源码看完了，再回头来看下这张图
是否是就清楚了AQS究竟是怎么实现的咱们上面的猜测的了吧。那么对应的下课后让你本身去看
这几个的源码，你是否是就应该能看懂了,好了本文就介绍到此，本文对你有帮助的欢迎关注点赞，谢谢
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