点赞再看，已成习惯。
AQS
提供一个框架，用于实现依赖先进先出（FIFO）等待队列的阻塞锁和相关同步器（信号量，事件等）。
源码学习
类定义
/*
* @since 1.5
* @author Doug Lea
*/
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
extends AbstractOwnableSynchronizer
implements java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 7373984972572414691L;
/**
* Creates a new {@code AbstractQueuedSynchronizer} instance
* with initial synchronization state of zero.
*/
protected AbstractQueuedSynchronizer() { }
}
当前类继承自 AbstractOwnableSynchronizer 类。
AbstractOwnableSynchronizer 实现
看的出来，这个类是 jdk1.6 引入的，上面的类时 jdk1.5 引入的。
估计是为了后续其他类实现方便，所以统一抽象了父类。
比如这个类还有子类 AbstractQueuedLongSynchronizer，这个我们选一节进行源码学习。
/*
* @since 1.6
* @author Doug Lea
*/
public abstract class AbstractOwnableSynchronizer
implements java.io.Serializable {
/** Use serial ID even though all fields transient. */
private static final long serialVersionUID = 3737899427754241961L;
/**
* Empty constructor for use by subclasses.
*/
protected AbstractOwnableSynchronizer() { }
/**
* The current owner of exclusive mode synchronization.
* 独占模式同步的当前所有者。
*/
private transient Thread exclusiveOwnerThread;
/**
*
* 设置当前独占模式的所有者为指定线程
*
* Sets the thread that currently owns exclusive access.
* A {@code null} argument indicates that no thread owns access.
* This method does not otherwise impose any synchronization or
* {@code volatile} field accesses.
* @param thread the owner thread
*/
protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
exclusiveOwnerThread = thread;
}
/**
*
* 获取当前独占模式的所有者
*
* Returns the thread last set by {@code setExclusiveOwnerThread},
* or {@code null} if never set. This method does not otherwise
* impose any synchronization or {@code volatile} field accesses.
* @return the owner thread
*/
protected final Thread getExclusiveOwnerThread() {
return exclusiveOwnerThread;
}
}
这个类的实现还是非常简洁的。
可以理解为一个 exclusiveOwnerThread 和对应的 getter/setter 方法。
节点定义
提供一个框架，用于实现依赖先进先出（FIFO）等待队列的阻塞锁和相关同步器（信号量，事件等）。
先进先出的节点，定义如下：
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;
/**
* waitStatus value to indicate the next acquireShared should
* unconditionally propagate
*/
static final int PROPAGATE = -3;
/**
* Status field, taking on only the values:
* 状态字段
*/
volatile int waitStatus;
/**
* 前一个节点
*/
volatile Node prev;
/**
* 下一个节点
*/
volatile Node next;
/**
* The thread that enqueued this node. Initialized on
* construction and nulled out after use.
*/
volatile Thread thread;
/**
* 下一个等待者
*/
Node nextWaiter;
/**
* Returns true if node is waiting in shared mode.
*/
final boolean isShared() {
return nextWaiter == SHARED;
}
/**
* Returns previous node, or throws NullPointerException if null.
* Use when predecessor cannot be null. The null check could
* be elided, but is present to help the VM.
*
* @return the predecessor of this node
*/
final Node predecessor() throws NullPointerException {
Node p = prev;
if (p == null)
throw new NullPointerException();
else
return p;
}
Node() { // Used to establish initial head or SHARED marker
}
Node(Thread thread, Node mode) { // Used by addWaiter
this.nextWaiter = mode;
this.thread = thread;
}
Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Condition
this.waitStatus = waitStatus;
this.thread = thread;
}
}
看起来洋洋洒洒很多行，实际上解释起来还是不难的。
状态
主要 waitStatus 属性对应的几个状态需要注意一下。
- SIGNAL（信号）：
此节点的后继者被（或将很快被阻止）（通过停放），因此当前节点释放或取消时必须取消其后继者的停放。
为避免冲突，acquire方法必须首先指示它们需要信号，然后重试原子获取，然后在失败时阻塞。
- CANCELLED（取消）:
由于超时或中断，该节点被取消。节点永远不会离开此状态。特别是，具有取消节点的线程永远不会再次阻塞。
- CONDITION （条件）：
该节点当前在条件队列中。
在传输之前，它不会用作同步队列节点，此时状态将设置为0。（此值的使用与该字段的其他用途无关，但简化了机制。）
- PROPAGATE（传播）：
应将releaseShared传播到其他节点。
在doReleaseShared中对此进行了设置（仅适用于头节点），以确保传播继续进行，即使此后进行了其他操作也是如此。
- 0
不是上面的任何一个值
这些值以数字方式排列以简化使用。
非负值表示节点不需要发信号。
因此，大多数代码不需要检查特定值，仅需检查符号即可。
对于常规同步节点，该字段初始化为0，对于条件节点，该字段初始化为CONDITION。
使用CAS（或在可能的情况下进行无条件的易失性写操作）对其进行修改。
队列基本属性
我们可以理解为就是一个 FIFO 的队列：
/**
* 头结点
*/
private transient volatile Node head;
/**
* 尾结点
*/
private transient volatile Node tail;
/**
* 同步状态
*/
private volatile int state;
/**
* 获取同步状态
*/
protected final int getState() {
return state;
}
/**
* 设置同步状态
*/
protected final void setState(int newState) {
state = newState;
}
/**
* 通过 CAS 比较设置值
*/
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
// See below for intrinsics setup to support this
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
这几个属性也比较简单，头尾结点用于队列处理，多了一个 state 属性及其 get/set 方法。
unsafe 本节不做深入，后续会对这个类做讲解。
队列工具方法相关
属性
/**
* 旋转秒级比使用定时停泊更快的纳秒数。
* 粗略估计足以在非常短的超时时间内提高响应能力。
*/
static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L;
队列方法
入队
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;
}
}
}
}
如果就是分为两种情况：
（1）对列为空
初始化 head 节点，并让 tail=head
继续循环。
（2）队列不为空
新节点的前一个节点为原来的尾巴节点
设置新节点为新的尾巴节点
原来的尾巴节点.next 只想新节点。返回尾巴节点。
ps: 其实就是做一件事：让新节点插入队列，并且成为新的尾巴节点。
这里的 for 循环其实写的挺奇怪的。
compareAndSetHead
可以看出这个方法是 CAS 一次，循环是通过 for 来控制的。
/**
* CAS head field. Used only by enq.
*/
private final boolean compareAndSetHead(Node update) {
return unsafe.compareAndSwapObject(this, headOffset, null, update);
}
compareAndSetTail
这个和 compareAndSetHead 类似。
/**
* CAS tail field. Used only by enq.
*/
private final boolean compareAndSetTail(Node expect, Node update) {
return unsafe.compareAndSwapObject(this, tailOffset, expect, update);
}
锁的获取
AQS 中提供了丰富的方法，看的我眼花缭乱。
想了想还是看最基本的锁的获取和释放即可。
AQS 提供了两种基本的锁获取模式：共享锁和排他锁模式，当然也包含是否可以被打断。
是否可以被打断我们不做重点讲解。
排他锁模式
也叫独占锁。
就像是一个爱吃独食的小朋友，好吃的我一个人吃，其他人都要等着。
源码如下：
/**
* Acquires in exclusive mode, ignoring interrupts. Implemented
* by invoking at least once {@link #tryAcquire},
* returning on success. Otherwise the thread is queued, possibly
* repeatedly blocking and unblocking, invoking {@link
* #tryAcquire} until success. This method can be used
* to implement method {@link Lock#lock}.
*
* @param arg the acquire argument. This value is conveyed to
* {@link #tryAcquire} but is otherwise uninterpreted and
* can represent anything you like.
* @author 老马啸西风
*/
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
这个方法的注释说明的比较清楚。
独占获取锁的模式，忽略中断。至少调用一次 tryAcquire，否则就会将线程入队，重试调用 tryAcquire，直到成功为止。
实现只有 3 行，实际上却是有 4 个方法组成，我们来分别看下这几个方法。
tryAcquire 尝试获取锁
这个默认的实现是不支持的，都是在各种子类中实现的，我们其他章节讲过，这里不做深入。
protected boolean tryAcquire(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
acquireQueued 线程入队
这个方法是使用排他锁的模式不可中断的方式获取锁。
/**
* Acquires in exclusive uninterruptible mode for thread already in
* queue. Used by condition wait methods as well as acquire.
*
* @param node the node
* @param arg the acquire argument
* @return {@code true} if interrupted while waiting
* @author 老马啸西风
*/
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
// 当前节点的前一个节点为 head，说明已经是排在最前的等待者。
final Node p = node.predecessor();
// 第一个等待者获取锁成功，则说明本次获取锁成功。
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
// 如果获取锁失败需要发信号 && 检测状态为中断，更新 interrupted = true;
// 这个值实际上只是在获取锁之后才会返回，用来记录等待过程中是否被中断。
// 但是中断了几次，这些细节信息实际上已经丢失了。
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
- shouldParkAfterFailedAcquire
如果获取锁失败，则需要更新对应的状态。
返回 true 则说明 thread 需要被阻塞。
这是在获取锁循环中最主要的主信号控制。
/**
* Checks and updates status for a node that failed to acquire.
* Returns true if thread should block. This is the main signal
* control in all acquire loops. Requires that pred == node.prev.
*
* @param pred node's predecessor holding status
* @param node the node
* @return {@code true} if thread should block
* @author 老马啸西风
*/
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.
*
* 状态已经是需要发信号，直接返回 true。
*/
return true;
if (ws > 0) {
/*
* Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
* indicate retry.
*
* 前继节点已经取消，这里就是循环向前找到一个状态不大于0的节点。
* 也就是找到一个需要发信号的节点。（非负值表示节点不需要发信号。）
*/
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} 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.
*
* 这里是用 CAS 设置一个需要发信号，但是还没有发现好的节点。
*/
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}
- compareAndSetWaitStatus
这里调用了 unsafe 的方法，将节点状态的值设置为 Node.SIGNAL。
/**
* CAS waitStatus field of a node.
*/
private static final boolean compareAndSetWaitStatus(Node node,
int expect,
int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(node, waitStatusOffset,
expect, update);
}
- parkAndCheckInterrupt
这里是直接暂停，并且检查是否中断。
/**
* Convenience method to park and then check if interrupted
*
* @return {@code true} if interrupted
*/
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();
}
addWaiter 添加等待者
Node 有排他和共享两种模式。
/**
* Creates and enqueues node for current thread and given mode.
*
* @param mode Node.EXCLUSIVE for exclusive, Node.SHARED for shared
* @return the new node
* @author 老马啸西风
*/
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;
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
enq(node);
return node;
}
这里在 enq 之前，做了一次快速。
如果 tail 节点存在，直接尝试入队。
要问为什么快？
个人理解是和 enq 对比，少了一次 t == null 判断？
不过我想这种代码实现在后期的编译器应该会优化掉的。
selfInterrupt 我打断我自己？
这个方法比较简单，就是执行线程中断：
/**
* Convenience method to interrupt current thread.
*/
static void selfInterrupt() {
Thread.currentThread().interrupt();
}
看了下是否可中断，和这个整理流程类似。
只是在被中断的时候，会直接抛出 InterruptedException 异常，中断操作。
cancelAcquire 取消获取锁
在 finally 中会执行取消获取锁，目的是取消正在尝试获取锁的操作。
/**
* Cancels an ongoing attempt to acquire.
*
* @param node the node
*/
private void cancelAcquire(Node node) {
// Ignore if node doesn't exist
// 节点不存在，直接返回。
if (node == null)
return;
node.thread = null;
// 跳过所有不需要发信号的前继节点。
// Skip cancelled predecessors
Node pred = node.prev;
while (pred.waitStatus > 0)
node.prev = pred = pred.prev;
// predNext is the apparent node to unsplice. CASes below will
// fail if not, in which case, we lost race vs another cancel
// or signal, so no further action is necessary.
Node predNext = pred.next;
// Can use unconditional write instead of CAS here.
// After this atomic step, other Nodes can skip past us.
// Before, we are free of interference from other threads.
// 这里将节点状态设置为取消。
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
// 如果是尾巴节点，而且设置前继节点为新的尾巴节点成功，直接移除自身即可。
// If we are the tail, remove ourselves.
if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
compareAndSetNext(pred, predNext, null);
} else {
// 如果后继者需要信号，请尝试设置pred的下一个链接，以便获得一个信号。 否则唤醒它以传播。
// If successor needs signal, try to set pred's next-link
// so it will get one. Otherwise wake it up to propagate.
int ws;
if (pred != head &&
((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL ||
(ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&
pred.thread != null) {
Node next = node.next;
if (next != null && next.waitStatus <= 0)
compareAndSetNext(pred, predNext, next);
} else {
unparkSuccessor(node);
}
node.next = node; // help GC
}
}
共享锁模式
看完了排他锁模式，让我们一起来看一下共享锁模式。
/**
* Acquires in shared mode, ignoring interrupts. Implemented by
* first invoking at least once {@link #tryAcquireShared},
* returning on success. Otherwise the thread is queued, possibly
* repeatedly blocking and unblocking, invoking {@link
* #tryAcquireShared} until success.
*
* @param arg the acquire argument. This value is conveyed to
* {@link #tryAcquireShared} but is otherwise uninterpreted
* and can represent anything you like.
*/
public final void acquireShared(int arg) {
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireShared(arg);
}
使用共享模式获取锁，忽略中断。
至少调用一次 tryAcquireShared，如果不成功，则加入到队列中重复尝试，直到成功。
这个感觉实际上和上面的排他锁非常类似，让我们看一下对应的方法到底有神马不同。
tryAcquireShared
尝试共享模式获取锁方法。默认是不支持的，在子类中有对应的实现，此处不做展开。
返回大于 0 的值，说明获取锁成功。
protected int tryAcquireShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
doAcquireShared
这个方法流程和上面的 acquireQueued 方法非常类似。
只不过添加的节点状态为 Node.SHARED。
/**
* Acquires in shared uninterruptible mode.
* @param arg the acquire argument
* @author 老马啸西风
*/
private void doAcquireShared(int arg) {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
// 如果当前节点为队列最前面的元素
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
// 获取锁成功，则设置头信息。
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
if (interrupted)
selfInterrupt();
failed = false;
return;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
- setHeadAndPropagate 设置头结点并传播
这里主要做了两件事：
（1）设置头结点信息
（2）传播
传播算是这个方法的核心，我们不妨问自己一下：
为什么需要传播？
什么时候进行传播？
怎么传播？
/**
* Sets head of queue, and checks if successor may be waiting
* in shared mode, if so propagating if either propagate > 0 or
* PROPAGATE status was set.
*
* @param node the node 节点信息
* @param propagate the return value from a tryAcquireShared 是否获取锁成功
* @author 老马啸西风
*/
private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
Node h = head; // Record old head for check below
setHead(node);
/*
* Try to signal next queued node if:
* Propagation was indicated by caller,
* or was recorded (as h.waitStatus either before
* or after setHead) by a previous operation
* (note: this uses sign-check of waitStatus because
* PROPAGATE status may transition to SIGNAL.)
* and
* The next node is waiting in shared mode,
* or we don't know, because it appears null
*
* The conservatism in both of these checks may cause
* unnecessary wake-ups, but only when there are multiple
* racing acquires/releases, so most need signals now or soon
* anyway.
*/
if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
(h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
Node s = node.next;
if (s == null || s.isShared())
doReleaseShared();
}
}
如果发生以下情况，请尝试向下一个排队的节点发送信号：
（1）传播是由调用者指示的，或者是由上一个操作记录的（作为setHead之前或之后的h.waitStatus）（请注意：此方法使用waitStatus的符号检查，因为PROPAGATE状态可能转换为SIGNAL。）
（2）下一个节点正在共享模式下等待，或者我们不知道，因为它显示为空
代码里实际用的是 ||，满足任意一个都需要发送信息。
为什么要这么做呢？
这两项检查中的保守性可能会导致不必要的唤醒，但是只有在有多个竞态（racing）获取/发布时，因此无论现在还是不久之后，大多数人都需要发出信号。
简而言之，可能多余，但是必要。
其他方法
其他几个方法和排他锁是一样的，大家可以自行回顾一下。
我们后面进入锁的释放环节。
锁的释放
常言道，好借好还，再借不难。
获取锁，一定要记得释放锁。
独占模式
/**
* Releases in exclusive mode. Implemented by unblocking one or
* more threads if {@link #tryRelease} returns true.
* This method can be used to implement method {@link Lock#unlock}.
*
* @param arg the release argument. This value is conveyed to
* {@link #tryRelease} but is otherwise uninterpreted and
* can represent anything you like.
* @return the value returned from {@link #tryRelease}
*/
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
使用独占模式释放锁，我们一起来看一下几个核心方法：
tryRelease 尝试释放锁
这个方法默认是不支持的：
protected boolean tryRelease(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
unparkSuccessor 唤醒后继节点
/**
* Wakes up node's successor, if one exists.
*
* @param node the node
* @author 老马啸西风
*/
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;
// 如果状态小于0，说明需要发送信号。
// 会通过 CAS 设置等待的状态为 0。
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 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.
* 如果 node.next 存在，是直接释放当前 node.next。
* 如果 node.next 不存在，获取 node.next 的等待状态大于 0（不需要发送信号），则从队尾一直向前遍历，找到第一个非取消的节点进行释放。
*/
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)
LockSupport.unpark(s.thread);
}
释放用到了 LockSupport 的 unpark 方法：
public static void unpark(Thread thread) {
if (thread != null)
unsafe.unpark(thread);
}
这里底层还是调用 unsafe 的方法，我们暂时不做展开。
共享模式
说完了独占模式，让我们一起看一下共享模式的锁释放。
/**
* Releases in shared mode. Implemented by unblocking one or more
* threads if {@link #tryReleaseShared} returns true.
*
* @param arg the release argument. This value is conveyed to
* {@link #tryReleaseShared} but is otherwise uninterpreted
* and can represent anything you like.
* @return the value returned from {@link #tryReleaseShared}
* @author 老马啸西风
*/
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
这个方法比较有趣，主要由两个方法组成：
tryReleaseShared 尝试释放锁
默认是不支持的，这个可以在后续其他如 CountDownLatch 等源码中讲解。
protected boolean tryReleaseShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
doReleaseShared
共享模式释放锁。
/**
* Release action for shared mode -- signal successor and ensure
* propagation. (Note: For exclusive mode, release just amounts
* to calling unparkSuccessor of head if it needs signal.)
*/
private void doReleaseShared() {
/*
* Ensure that a release propagates, even if there are other
* in-progress acquires/releases. This proceeds in the usual
* way of trying to unparkSuccessor of head if it needs
* signal. But if it does not, status is set to PROPAGATE to
* ensure that upon release, propagation continues.
* Additionally, we must loop in case a new node is added
* while we are doing this. Also, unlike other uses of
* unparkSuccessor, we need to know if CAS to reset status
* fails, if so rechecking.
*/
//jdk 特别喜欢这样写，等价于 while(true)
for (;;) {
Node h = head;
// 如果头节点不为空 && 队列不为空
if (h != null && h != tail) {
int ws = h.waitStatus;
// 如果节点的状态为需要发送信号，这里会一致尝试设置节点状态为0，直到成功为止。
// 设置成功，则执行 unparkSuccessor
if (ws == Node.SIGNAL) {
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue; // loop to recheck cases
unparkSuccessor(h);
}
// 如果节点状态已经为零，且设置为广播失败，则继续循环。
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue; // loop on failed CAS
}
// 头节点不再改变时，直接跳出。
if (h == head) // loop if head changed
break;
}
}
unparkSuccessor 这个方法和上面的独占模式实现完全一样。
小结
有头发的程序员，阅读源码就是这样深入浅出且枯燥。
看的愈多，就发现需要继续阅读就越多，只怕头发会越来越少。
