【一知半解】AQS

什么是AbstractQueuedSynchronizer(AQS)

字面意思是抽象队列同步器，使用一个voliate修饰的int类型的同步状态，通过一个FIFO队列完成资源获取的排队工作，把每个参与资源竞争的线程封装成一个Node节点来实现锁的分配。

AbstractQueuedSynchronizer源码

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer     extends AbstractOwnableSynchronizer    implements java.io.Serializable {    private transient volatile Node head;//链表头    private transient volatile Node tail;//链表尾    private transient Thread exclusiveOwnerThread;//持有锁的线程    private volatile int state;//同步状态,0表示当前没有线程获取到锁    static final class Node {//链表的Node节点类      volatile int waitStatus;//当前节点在队列中的状态      volatile Node prev;//前置节点      volatile Node next;//后置节点      volatile Thread thread;//当前线程    }}

AQS同步队列的基本结构

Node.waitStatus的说明

state为什么要用volatile修饰？

1. 可见性，一个线程对变量的修改可以立即被别的线程感知到
2. 有序性，禁止指令重排

AQS获取锁步骤

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

1. 当一个线程获取锁时，首先判断state状态值是否为0
2. 如果state==0，则通过CAS的方式修改为非0状态
3. 修改成功，则表明获取锁成功，执行业务代码
4. 修改失败，则把当前线程封装为一个Node节点，加入到队列中并挂起当前线程
5. 如果state!=0,则把当前线程封装为一个Node节点，加入到队列中并挂起当前线程

AQS获取锁过程

首先调用tryAcquire去修state的状态值，成功就获取当前锁；失败则加入当前等待队列中，然后挂起线程。

tryAcquire

在AQS的源码中tryAcquire是一空实现,需要它的子类去实现这个空方法。因为在AQS中虽然公平锁和非公平锁的都是基于一个CLH去实现，但是在获取锁的过程中略有不同。

protected boolean tryAcquire(int arg) {    throw new UnsupportedOperationException();}

公平锁FairSync#tryAcquire

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {            //获取当前线程            final Thread current = Thread.currentThread();            int c = getState();//获取同步器的状态            if (c == 0) {//当前没有线程获取到锁                //首先判断祖宗节点的线程是否当前线程一样                if (!hasQueuedPredecessors() &&                    //更改state的状态值为非0                    compareAndSetState(0, acquires)) {                    setExclusiveOwnerThread(current);                    return true;                }            }            //如果锁持有者的线程是当前线程，则可放行，锁的重入            else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {                int nextc = c + acquires;                if (nextc < 0)                    throw new Error("Maximum lock count exceeded");                setState(nextc);                return true;            }            return false;        }    }/*** 判断祖宗节点的线程是否当前线程一样* 傀儡节点的下个节点*/public final boolean hasQueuedPredecessors() {    Node t = tail;    Node h = head;    Node s;    //头节点的下个节点所持有的线程是否与当前线程相同    return h != t &&        ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());}

非公平锁NonfairSync#tryAcquire

protected final boolean tryAcquire(int acquires) {    return nonfairTryAcquire(acquires);}final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {    final Thread current = Thread.currentThread();    int c = getState();    if (c == 0) {        //通过CAS更改state的状态值        if (compareAndSetState(0, acquires)) {            //把当前线程设置为锁的持有者            setExclusiveOwnerThread(current);            return true;        }    }    //如果锁持有者的线程是当前线程，则可放行，锁的重入    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {        int nextc = c + acquires;        if (nextc < 0) // overflow            throw new Error("Maximum lock count exceeded");        setState(nextc);        return true;    }    return false;} 

对比后发现，公平锁先判断是否有老祖宗节点，如果有则返回false；如果当前线程对应的node就是老祖宗节点，则直接去修改state状态，把state改为非0。

addWaiter

获取锁成功的线程去执行业务逻辑了，获取锁失败的线程则会在队列中排队等候，每个等候的线程也都不安分的。

private Node addWaiter(Node mode) {    //把当前线程封装为一个Node节点    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);    Node pred = tail;    if (pred != null) {        node.prev = pred;        if (compareAndSetTail(pred, node)) {            pred.next = node;            return node;        }    }    //加入到队列的尾部    enq(node);    return node;}

1. 把当前线程封装为一个Node节点
2. 当第一次执行这个方法时，由于head和tail都还没有赋值，则pred指向的tail也是空，所以直接直到enq(node)
3. 当pred指向的tail不为空时，则通过CAS的方式加入到尾部，如果成功直接返回；如果失败，则进入enq(node)通过自旋的方式加入。

//通过自旋的方式将节点加入到节点的尾部private Node enq(final Node node) {    for (;;) {        Node t = tail;        if (t == null) { // Must initialize            if (compareAndSetHead(new Node()))                tail = head;        } else {            node.prev = t;            if (compareAndSetTail(t, node)) {                t.next = node;                return t;            }        }    }}

为了操作链表的方便，一般都要在链表的头前加入一个傀儡节点，AQS的链表也不例外。
先创建一个傀儡节点，并把head、tail均指向它，然后再把node节点加入到尾部后面，移动tail的指向。

acquireQueued

当节点成功加入到链表的尾部后，等待被唤醒，然后通过自旋的方式去获取锁

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {    boolean failed = true;    try {        boolean interrupted = false;        for (;;) {            //当前节点的前置节点            final Node p = node.predecessor();            //如果前置节点是傀儡节点(head指向傀儡节点),则再次尝试去获取锁            if (p == head && tryAcquire(arg)) {                //获取成功后，则移除之前的傀儡节点，head指向当前node,                setHead(node);                p.next = null; // help GC                failed = false;                return interrupted;            }            //获取锁失败后，设置node节点的状态，并挂起当前节点            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&                parkAndCheckInterrupt())                interrupted = true;        }    } finally {        if (failed)            cancelAcquire(node);    }}

1. 获取node节点的前置节点，如果前置节点是head，则再次尝试去获取锁
2. 设置当前node节点的前置节点状态为-1(表示后续节点正在等待状态，默认是0)，然后通过自旋的后会进行到parkAndCheckInterrupt挂起当前节点
3. LockSupport.park(this)执行完事，当前线程会一直阻塞到这个地方
4. 当前唤醒时再次从1开始执行

AQS释放锁过程

public final boolean release(int arg) {    if (tryRelease(arg)) {        Node h = head;        if (h != null && h.waitStatus != 0)            unparkSuccessor(h);        return true;    }    return false;}

主要是恢复state的值、重置锁持有都线程，然后唤醒挂起的线程。

protected final boolean tryRelease(int releases) {    int c = getState() - releases;    //当前线程与锁持有者线程不一样会报错    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())        throw new IllegalMonitorStateException();    boolean free = false;    if (c == 0) {//重入的次数为0时，则当前线程已经没有重入了，可以清空锁的持有者        free = true;        setExclusiveOwnerThread(null);    }    setState(c);    return free;}

恢复state状态的值，如果重入次数为0时，则清空锁的持有都为null

private void unparkSuccessor(Node node) {        int ws = node.waitStatus;        if (ws < 0)            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);        Node s = node.next;        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)//唤醒下个node对应的线程            LockSupport.unpark(s.thread);    }

设置head指向的node节点的watiStatus的状态值，然后找到下个节点对应的线程并唤醒。