Java多线程——AQS框架源码阅读

Posted 2021-01-20

AQS，全称AbstractQueuedSynchronizer，是Concurrent包锁的核心，没有AQS就没有Java的Concurrent包。它到底是个什么，我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作这个状态值，但必须通过AQS提供的原子操作
• 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，我们看看源码到底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，说明该变量是对所有线程可见的。作用在于每个线程改变该值，都会马上让其他线程可见，在CAS（可见锁概念与锁优化）的时候是必不可少的。在AQS类中，不会直接操作这个值，而是交由它的子类去操作和定义他的作用。

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。作用是存储获取锁失败的阻塞线程。同样的，这个链表是会被多个线程操作的，所以它里面的变量多是被标记为volatile，并且操作也要通过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，锁是可以被多个线程占用的。

VarHandler

对于大多数需要操作的原子属性，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，提供了类似于原子操作以及Unsafe操作的功能，里面的原子操作大多是native方法，比较难查看源码。

ConditionObject

条件队列，是AQS中一个非常关键内部类。这个名字起非常奇异，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。深入看其中的源码实现，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框架下基本各种独占的加锁，解锁等操作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再深入了解。有人可能觉得为什么实现这个内部类，又不用，而是给子类去用，那为什么不放到子类去呢？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。以下方法只提供了模板，部分实现还是在子类当中，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，如果是获取锁失败，则执行addWaiter()，通过CAS在双向链表的尾部添加一个新独占节点。

然后把节点丢到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，如果这个节点是head，则证明只有两个节点，此时再次执行tryAcquire()尝试获取锁，若获取成功，则不需要中断，成功结束。

如果还是获取失败，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少到前驱节点为head）或者阻塞线程（当waitStatus标记为SIGNAL）

最后如果acquireQueued()返回需要阻塞，则执行selfInterrupt()设置线程为中断

可以看回acquire()函数的写法，十分的艺术。利用条件判断的短路规则，实现在if()条件内嵌套判断执行语音。一般人(笔者本人)如果要实现这个功能，会这么写

所以下次遇到类似嵌套if条件判断的语句，可以学习下acquire()的这种短路写法。赞