Java多线程——带你看AQS框架源码

AQS，全称AbstractQueuedSynchronizer，是Concurrent包锁的核心，没有AQS就没有Java的Concurrent包。它究竟是个什么，咱们来看看源码的第一段注解是怎么说明



看完第一段，总结下

• AQS是一个同步的基础框架，基于一个先进先出的队列。
• 锁机制基于一个状态值，它是原子值。
• AQS的子类负责定义与操做这个状态值，但必须经过AQS提供的原子操做
• AQS剩余的方法就是围绕队列，与线程阻塞唤醒等功能

基于以上概念，咱们看看源码究竟是这么实现这些功能的

AQS的成员变量

state

private volatile int state;
该变量标记为volatile，说明该变量是对全部线程可见的。做用在于每一个线程改变该值，都会立刻让其余线程可见，在CAS（可见锁概念与锁优化）的时候是必不可少的。在AQS类中，不会直接操做这个值，而是交由它的子类去操做和定义他的做用。

Node、head、tail

AQS中有一个静态内部类Node，其实现是一个双向链表。head与tail则是这个链表的头尾指针。做用是存储获取锁失败的阻塞线程。一样的，这个链表是会被多个线程操做的，因此它里面的变量可能是被标记为volatile，而且操做也要经过CAS等原子方法去执行。
Node还有一个模式的属性：独占模式和共享模式。独占模式下，锁是线程独占的，而共享模式下，锁是能够被多个线程占用的。

VarHandler

对于大多数须要操做的原子属性，都对应会有一个大写的值，它的类是VarHandler。例如state、head、tail都有对应的VarHandler，STATE、HEAD、TAIL。VarHandler是1.9的新特性，提供了相似于原子操做以及Unsafe操做的功能，里面的原子操做大可能是native方法，比较难查看源码。

ConditionObject

条件队列，是AQS中一个很是关键内部类。这个名字起很是奇异，让人搞不懂，看它类注释也看不懂说了什么。看看AQS头部注解

这个类是为了让子类支持独占模式的。深刻看其中的源码实现，其实就是Node在功能性上的封装，最终让子类实现让当前线程怎么独占一个Object锁。await()、dosign()等方法就是让线程阻塞、加入队列、唤醒线程等。AQS框架下基本各类独占的加锁，解锁等操做到最后都是基于这个类实现的。该类是提供给子类去使用的，具体实现等下次说ReentranLock再深刻了解。有人可能以为为何实现这个内部类，又不用，而是给子类去用，那为何不放到子类去呢？其实答案，很简单，抽象加模板模式。

p.s. 只有独占锁才能配合该类使用。

AQS的成员函数

AQS的公用的方法，主要是加锁与解锁方法。如下方法只提供了模板，部分实现仍是在子类当中，直接调用会抛出异常。

acquire()

尝试获取锁，失败则进入队列。

先执行tryAcquire()（子类实现），成功则直接返回，若是是获取锁失败，则执行addWaiter()，经过CAS在双向链表的尾部添加一个新独占节点。

而后把节点丢到acquireQueued()中执行。该方法其实就是自旋尝试获取锁或阻塞线程（子类实现决定）。一开始，获取新节点的前驱节点，若是这个节点是head，则证实只有两个节点，此时再次执行tryAcquire()尝试获取锁，若获取成功，则不须要中断，成功结束。

若是仍是获取失败，则执行shouldParkAfterFailedAcquire()，根据前驱节点状态（子类设值）判断是否继续自旋（当waitStatus为初始值，重复上一步，直到前面的节点一直在减小到前驱节点为head）或者阻塞线程（当waitStatus标记为SIGNAL）

最后若是acquireQueued()返回须要阻塞，则执行selfInterrupt()设置线程为中断

能够看回acquire()函数的写法，十分的艺术。利用条件判断的短路规则，实如今if()条件内嵌套判断执行语音。通常人(笔者本人)若是要实现这个功能，会这么写

因此下次遇到相似嵌套if条件判断的语句，能够学习下acquire()的这种短路写法。赞👍

acquireInterruptibly()

检查线程是否被中断并尝试获取锁，失败则进入队列。线程中断会退出队列。
流程基本和acquire()相同。不一样点就是，acquireInterruptibly()在自旋获取过程当中若是线程是中断的，那么就会抛出异常退出流程，而且放弃锁。

doAcquireInterruptibly()方法与acquireQueued()方法很是类似，不一样就是前者在中断状态下，不会再继续获取锁。注意最后有cancelAcquire()方法的执行。

tryAcquireNanos()

尝试获取锁，失败则进入队列。当超过指定时间或线程中断会退出队列。
在acquireInterruptibly()基础上，增长多一个时间判断，超过指定时间，则退出，放弃获取锁。

release()

释放当前锁，并唤醒下一个Node。
尝试释放锁

若释放成功，且waitStatus不为0（证实是SIGNAL的），就会执行unparkSuccessor()，先取消SIGNAL标志，而后找到最近一个须要SIGNAL的节点，而且唤醒它。

**shared()

以上方法皆为独占模式，对应都有共享模式的方法。最大的不一样其实就是Node的waitStatus值为PROPAGATE。具体流程与独占大致相同，细节留到ReentrantReadWriteLock再细了解。

总结

回顾下要点

1. AQS是一个同步的基础框架，是ReentranLock、ReentranReadWriteLock的父类
2. AQS原理是维护一个state原子值，经过一个双向链表的队列实现同步。
3. 对于state、与队列的操做都是原子操做，经过VarHandle实现
4. 主要对外方法是加锁与解锁，区别是否中断、超时、共享或独占模式

以上即便AQS的大体内容，可能有些部分难以理解，其实很正常，由于AQS提供的是流程模板与工具，没有实质落地的场景，是比较难理解的。等后面介绍ReentranLock与ReentrantReadWriteLock的时候，就能够更好更全面的了解总体AQS框架了。

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