AQS源码探究_02 AQS简介及属性分析

Posted 2021-05-21 兴趣使然の草帽路飞

1. 简介

• AQS的全称是AbstractQueuedSynchronizer，它的定位是为Java中几乎所有的锁和同步器提供一个基础框架。

• AQS是基于FIFO的队列实现的，并且内部维护了一个状态变量state，通过原子更新这个状态变量state即可以实现加锁解锁操作。

2. 主要内部类Node

static final class Node {
    // 标识一个节点是共享模式
    static final Node SHARED = new Node();
    // 标识一个节点是互斥模式
    static final Node EXCLUSIVE = null;

    // 标识线程已取消（表示当前节点处于取消状态）
    static final int CANCELLED =  1;
    // 标识后继节点需要唤醒（表示当前节点需要唤醒他的后继节点）
    static final int SIGNAL    = -1;
    // 标识线程等待在一个条件上
    static final int CONDITION = -2;
    // 标识后面的共享锁需要无条件的传播（共享锁需要连续唤醒读的线程）
    static final int PROPAGATE = -3;
    
    // 当前节点保存的线程对应的等待状态（node状态可选值：0，SIGNAL，CANCELLED，CONDITION，PROPAGATE）
    // waitStatus == 0 默认状态
    // waitStatus > 0 取消状态
    // waitStatus == -1 表示当前node如果是head节点时，释放锁之后需要唤醒它的后继节点
    volatile int waitStatus;

    // 前一个节点（前驱）：用于node构建 FIFO队列~
    volatile Node prev;
    
    // 后一个节点（后驱）：用于node构建 FIFO队列~
    volatile Node next;

    // 当前node节点封装的线程
    volatile Thread thread;

    // 下一个等待在条件上的节点（Condition锁时使用）
    Node nextWaiter;

    // 是否是共享模式
    final boolean isShared() {
        return nextWaiter == SHARED;
    }

    // 获取前一个节点
    final Node predecessor() throws NullPointerException {
        Node p = prev;
        if (p == null)
            throw new NullPointerException();
        else
            return p;
    }

    // 节点的构造方法
    Node() {    // Used to establish initial head or SHARED marker
    }

    // 节点的构造方法
    Node(Thread thread, Node mode) {     // Used by addWaiter
        // 把共享模式还是互斥模式存储到nextWaiter这个字段里面了
        this.nextWaiter = mode;
        this.thread = thread;
    }

    // 节点的构造方法
    Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Condition
        // 等待的状态，在Condition中使用
        this.waitStatus = waitStatus;
        this.thread = thread;
    }
}

双链表结构，节点中保存着当前线程、前一个节点、后一个节点以及线程的状态等信息。

3. 主要属性

// 队列的头节点: 任何时刻，头结点对应的线程就是当前持锁线程~
private transient volatile Node head;
// 队列的尾节点：(阻塞队列不包含头结点head，是从head.next 开始，到 tail 结束，这个区间是阻塞队列~)
private transient volatile Node tail;
// 控制加锁解锁的状态变量
// 独占模式下：0 表示未加锁状态， >0 表示已加锁状态
private volatile int state;

定义了一个状态变量和一个队列，状态变量用来控制加锁解锁，队列用来放置等待的线程。

注意：这几个变量都要使用volatile关键字来修饰，因为是在多线程环境下操作，要保证它们的值修改之后对其它线程立即可见。

这几个变量的修改是直接使用的Unsafe这个类来操作的：

// 获取Unsafe类的实例，注意这种方式仅限于jdk自己使用，普通用户是无法这样调用的
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
// 状态变量state的偏移量
private static final long stateOffset;
// 头节点的偏移量
private static final long headOffset;
// 尾节点的偏移量
private static final long tailOffset;
// 等待状态的偏移量（Node的属性）
private static final long waitStatusOffset;
// 下一个节点的偏移量（Node的属性）
private static final long nextOffset;

static {
    try {
        // 获取state的偏移量
        stateOffset = unsafe.objectFieldOffset
            (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("state"));
        // 获取head的偏移量
        headOffset = unsafe.objectFieldOffset
            (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("head"));
        // 获取tail的偏移量
        tailOffset = unsafe.objectFieldOffset
            (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("tail"));
        // 获取waitStatus的偏移量
        waitStatusOffset = unsafe.objectFieldOffset
            (Node.class.getDeclaredField("waitStatus"));
        // 获取next的偏移量
        nextOffset = unsafe.objectFieldOffset
            (Node.class.getDeclaredField("next"));

    } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}

// 调用Unsafe的方法原子更新state
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

4. 父类属性

AQS还用到了其父类AbstractOwnableSynchronizer的一些属性：

// 独占模式下：表示当前持有锁的线程~
private transient Thread exclusiveOwnerThread;