JUC锁框架源码阅读-AbstractQueuedSynchronizer
前言
最近在读canal-adpter源码的时候,源码里通过AQS+zookeeper实现了分布式锁。尝试看了一下,看不懂通过搜索锁类继承的父类才发现是AQS所以过来阅读源码。
阅读方式:直接看对应方法 点击<>可以跟代码
什么是AQS
AQS是JUC锁框架中最重要的类，通过它来实现独占锁和共享锁的。比如ReentrantLock、countDownLatch、ReentrantReadWriteLock 都是依靠AQS实现
什么是CAS
参考https://www.cnblogs.com/LQBlog/p/11607351.html#autoid-1-0-0
CLH队列(线程同步队列)
在没有获取到锁的情况下是线程需要阻塞的,需要阻塞的线程是通过CLH队列来存储,CLH并不是直接存储线程,而是通过内部类Node来存储的
内部类Node
static final class Node { // 共享模式的标记 static final Node SHARED = new Node(); // 独占模式的标记 static final Node EXCLUSIVE = null; // waitStatus变量的值，标志着线程被取消 static final int CANCELLED = 1; // waitStatus变量的值，标志着后继线程(即队列中此节点之后的节点)需要被阻塞.(用于独占锁) static final int SIGNAL = -1; // waitStatus变量的值，标志着线程在Condition条件上等待阻塞.(用于Condition的await等待) static final int CONDITION = -2; // waitStatus变量的值，标志着下一个acquireShared方法线程应该被允许。(用于共享锁) static final int PROPAGATE = -3; // 标记着当前节点的状态，默认状态是0, 小于0的状态都是有特殊作用，大于0的状态表示已取消 通过volatile保证了线程的可见性 volatile int waitStatus; // prev和next实现一个双向链表 volatile Node prev; volatile Node next; // 该节点拥有的线程 volatile Thread thread; // 可能有两种作用：1. 表示下一个在Condition条件上等待的节点 // 2. 表示是共享模式或者独占模式，注意第一种情况节点一定是共享模式 Node nextWaiter; // 是不是共享模式 final boolean isShared() { return nextWaiter == SHARED; } // 返回前一个节点prev，如果为null，则抛出NullPointerException异常 final Node predecessor() throws NullPointerException { Node p = prev; if (p == null) throw new NullPointerException(); else return p; } // 用于创建链表头head，或者共享模式SHARED Node() { } // 使用在addWaiter方法中 Node(Thread thread, Node mode) { this.nextWaiter = mode; this.thread = thread; } // 使用在Condition条件中 Node(Thread thread, int waitStatus) { this.waitStatus = waitStatus; this.thread = thread; } }
<7>predecessor
// 返回前一个节点prev，如果为null，则抛出NullPointerException异常 final Node predecessor() throws NullPointerException { Node p = prev; if (p == null) throw new NullPointerException(); else return p; }
操作CLH队列的相关方法
package com.lq.aqs; /** * @Project redis-in-action * @PackageName com.lq.aqs * @ClassName AbstractQueuedSynchronizer * @Author qiang.li * @Date 2021/8/26 4:38 下午 * @Description TODO */ public class AbstractQueuedSynchronizer { // CLH队列头 private transient volatile Node head; // CLH队列尾 private transient volatile Node tail; /** * 通过CAS函数设置head值，仅仅在enq方法中调用 */ private final boolean compareAndSetHead(Node update) { return unsafe.compareAndSwapObject(this, headOffset, null, update); } // 重新设置队列头head，它只在acquire系列的方法中调用 private void setHead(Node node) { head = node; // 线程也没有意义了，因为该线程已经获取到锁了 node.thread = null; // 前一个节点已经没有意义了 node.prev = null; } /** * 通过CAS函数设置tail值，仅仅在enq方法中调用 */ private final boolean compareAndSetTail(Node expect, Node update) { return unsafe.compareAndSwapObject(this, tailOffset, expect, update); } // 向队列尾插入新节点，如果队列没有初始化，就先初始化。返回原先的队列尾节点 private Node enq(final Node node) { for (;;) { Node t = tail; // t为null，表示队列为空，先初始化队列 if (t == null) { // 采用CAS函数即原子操作方式，设置队列头head值。 // 如果成功，再将head值赋值给链表尾tail。如果失败，表示head值已经被其他线程，那么就进入循环下一次 if (compareAndSetHead(new Node())) tail = head; } else { // 新添加的node节点的前一个节点prev指向原来的队列尾tail node.prev = t; // 采用CAS函数即原子操作方式，设置新队列尾tail值。 if (compareAndSetTail(t, node)) { // 设置老的队列尾tail的下一个节点next指向新添加的节点node t.next = node; return t; } } } } // 通过给定的模式mode(独占或者共享)为当前线程创建新节点，并插入队列中并返回新创建的节点。 private Node addWaiter(Node mode) { // 为当前线程创建新的节点 Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); Node pred = tail; // 如果队列已经创建，就将新节点插入队列尾。 if (pred != null) { node.prev = pred; if (compareAndSetTail(pred, node)) { pred.next = node; return node; } } // 如果队列没有创建，通过enq方法创建队列，并插入新的节点。 enq(node); return node; } /** * 根据前一个节点pred的状态，来判断当前线程是否应该被阻塞 * @param pred : node节点的前一个节点 * @param node * @return 返回true 表示当前线程应该被阻塞，之后应该会调用parkAndCheckInterrupt方法来阻塞当前线程 */ private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) { int ws = pred.waitStatus; if (ws == Node.SIGNAL) // 如果前一个pred的状态是Node.SIGNAL，那么直接返回true，当前线程应该被阻塞 return true; if (ws > 0) { // 如果前一个节点状态是Node.CANCELLED(大于0就是CANCELLED)， // 表示前一个节点所在线程已经被唤醒了，要从CLH队列中移除CANCELLED的节点。 // 所以从pred节点一直向前查找直到找到不是CANCELLED状态的节点，并把它赋值给node.prev， // 表示node节点的前一个节点已经改变。 do { node.prev = pred = pred.prev; } while (pred.waitStatus > 0); pred.next = node; } else { // 此时前一个节点pred的状态只能是0或者PROPAGATE，不可能是CONDITION状态 // CONDITION(这个是特殊状态，只在condition列表中节点中存在，CLH队列中不存在这个状态的节点) // 将前一个节点pred的状态设置成Node.SIGNAL，这样在下一次循环时，就是直接阻塞当前线程 compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL); } return false; } /** * 想要获取锁的 acquire系列方法，都会这个方法来获取锁 * 循环通过tryAcquire方法不断去获取锁，如果没有获取成功， * 就有可能调用parkAndCheckInterrupt方法，让当前线程阻塞 * @param node 想要获取锁的节点 * @param arg * @return 返回true，表示在线程等待的过程中，线程被中断了 */ final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { boolean failed = true; try { // 表示线程在等待过程中，是否被中断了 boolean interrupted = false; // 通过死循环，直到node节点的线程获取到锁，才返回 for (;;) { // 获取node的前一个节点 final Node p = node.predecessor(); // 如果前一个节点是队列头head，并且尝试获取锁成功 // 那么当前线程就不需要阻塞等待，继续执行 if (p == head && tryAcquire(arg)) { // 将节点node设置为新的队列头 setHead(node); // help GC p.next = null; // 不需要调用cancelAcquire方法 failed = false; return interrupted; } // 当前一个节点的状态是Node.SIGNAL时，就会调用parkAndCheckInterrupt方法，阻塞node线程 // node线程被阻塞，有两种方式唤醒， // 1.是在unparkSuccessor(Node node)方法，会唤醒被阻塞的node线程，返回false // 2.node线程被调用了interrupt方法，线程被唤醒，返回true // 在这里只是简单地将interrupted = true，没有跳出for的死循环，继续尝试获取锁 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { // failed为true，表示发生异常，非正常退出 // 则将node节点的状态设置成CANCELLED，表示node节点所在线程已取消，不需要唤醒了。 if (failed) cancelAcquire(node); } } /** * 阻塞当前线程，线程被唤醒后返回当前线程中断状态 */ private final boolean parkAndCheckInterrupt() { // 通过LockSupport.park方法，阻塞当前线程 LockSupport.park(this); // 当前线程被唤醒后，返回当前线程中断状态 return Thread.interrupted(); } /** * 当前线程发出中断通知 */ static void selfInterrupt() { Thread.currentThread().interrupt(); } }
<1>addWaiter
// 通过给定的模式mode(独占或者共享)为当前线程创建新节点，并插入队列中并返回新创建的节点。 private Node addWaiter(Node mode) { // 为当前线程创建新的节点 Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); Node pred = tail; // 如果队列已经创建，就尝试将节点插入队列尾。 if (pred != null) { node.prev = pred; //<9>因为存在并发所以这里是通过CAS 这里有可能重试 如果失败则交给下面10处理 if (compareAndSetTail(pred, node)) { pred.next = node; return node; } } // <10>针对队列没创建 或者向队列尾插入新的节点存在并发的情况下交给enq设置 enq(node); return node; }
<2>acquireQueued
/** * 想要获取锁的 acquire系列方法，都会这个方法来获取锁 * 循环通过tryAcquire方法不断去获取锁，如果没有获取成功， * 就有可能调用parkAndCheckInterrupt方法，让当前线程阻塞 * @param node 想要获取锁的节点 * @param arg * @return 返回true，表示在线程等待的过程中，线程被中断了 */ final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { boolean failed = true; try { // 表示线程在等待过程中，是否被中断了 boolean interrupted = false; // 通过自旋，直到node节点的线程获取到锁，才返回 for (;;) { // <7>获取node的前一个节点 final Node p = node.predecessor(); // 如果前一个节点是队列头head，那么调用子类实现实现tryAcquire尝试获取一次锁 // 如果获取成功那么当前线程就不需要阻塞等待，继续执行 if (p == head && tryAcquire(arg)) { //<4>将节点node设置为新的队列头 setHead(node); // help GC p.next = null; // 不需要调用cancelAcquire方法 failed = false; return interrupted; } /** *<5>shouldParkAfterFailedAcquire * 1.如果当前节点的前一个节点状态是Node.SIGNAL 就会直接返回true走parkAndCheckInterrupt阻塞当前线程 * 2.如果当前节点的前一个节点大于0是大于0就是CANCEL则重新整理当前队列直到前一个节点不是CANCEL为止 * 3.如果前一个节点状态不是Node.SIGNAL同时又不大于0则将前一个节点设置为SINGLE 下次重试就会直接返回true 调用parkAndCheckInterrupt 阻塞当前线程 * <6>parkAndCheckInterrupt * 1.阻塞当前线程 */ if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { // <11>failed为true，表示发生异常，非正常退出 // 则将node节点的状态设置成CANCELLED，表示node节点所在线程已取消，不需要唤醒了。 if (failed) cancelAcquire(node); } }
<3>selfInterrupt
/** * 当前线程发出中断通知 */ static void selfInterrupt() { Thread.currentThread().interrupt(); }
<4>setHead
// 重新设置队列头head，它只在acquire系列的方法中调用 private void setHead(Node node) { head = node; // 线程也没有意义了，因为该线程已经获取到锁了 node.thread = null; // 前一个节点已经没有意义了 node.prev = null; }
<5>shouldParkAfterFailedAcquire
/** * 根据前一个节点pred的状态，来判断当前线程是否应该被阻塞 * @param pred : node节点的前一个节点 * @param node * @return 返回true 表示当前线程应该被阻塞，之后应该会调用parkAndCheckInterrupt方法来阻塞当前线程 */ private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) { int ws = pred.waitStatus; if (ws == Node.SIGNAL) // 如果前一个pred的状态是Node.SIGNAL，那么直接返回true，当前线程应该被阻塞 return true; if (ws > 0) { // 如果前一个节点状态是Node.CANCELLED(大于0就是CANCELLED)， // 表示前一个节点所在线程已经被唤醒了，要从CLH队列中移除CANCELLED的节点。 // 所以从pred节点一直向前查找直到找到不是CANCELLED状态的节点，并把它赋值给node.prev， // 表示node节点的前一个节点已经改变。 do { node.prev = pred = pred.prev; } while (pred.waitStatus > 0); pred.next = node; } else { // 此时前一个节点pred的状态只能是0或者PROPAGATE，不可能是CONDITION状态 // CONDITION(这个是特殊状态，只在condition列表中节点中存在，CLH队列中不存在这个状态的节点) // 将前一个节点pred的状态设置成Node.SIGNAL，这样在下一次循环时，就是直接阻塞当前线程 compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL); } return false; }
<6>parkAndCheckInterrupt
/** * 阻塞当前线程，线程被唤醒后返回当前线程中断状态 */ private final boolean parkAndCheckInterrupt() { // 通过LockSupport.park方法，阻塞当前线程 LockSupport.park(this); // 当前线程被唤醒后，返回当前线程中断状态 return Thread.interrupted(); }
<8>compareAndSetHead
/** * 通过CAS函数设置head值，仅仅在enq方法中调用 */ private final boolean compareAndSetHead(Node update) { return unsafe.compareAndSwapObject(this, headOffset, null, update); }
<9>compareAndSetTail
/** * 通过CAS函数设置tail值，仅仅在enq方法中调用 */ private final boolean compareAndSetTail(Node expect, Node update) { return unsafe.compareAndSwapObject(this, tailOffset, expect, update); }
<10>enq
// 向队列尾插入新节点，如果队列没有初始化，就先初始化。返回原先的队列尾节点 private Node enq(final Node node) { for (;;) { Node t = tail; // t为null，表示队列为空，先初始化队列 if (t == null) { // 采用CAS函数即原子操作方式，设置队列头head值。 // <>如果成功，再将head值赋值给链表尾tail。如果失败，表示head值已经被其他线程，那么就进入循环下一次 if (compareAndSetHead(new Node())) tail = head; } else { // 新添加的node节点的前一个节点prev指向原来的队列尾tail node.prev = t; // 采用CAS函数即原子操作方式，设置新队列尾tail值。 if (compareAndSetTail(t, node)) { // 设置老的队列尾tail的下一个节点next指向新添加的节点node t.next = node; return t; } } } }
<11>cancelAcquire
// 将node节点的状态设置成CANCELLED，表示node节点所在线程已取消，不需要唤醒了。 private void cancelAcquire(Node node) { // 如果node为null，就直接返回 if (node == null) return; // node.thread = null; // 跳过那些已取消的节点，在队列中找到在node节点前面的第一次状态不是已取消的节点 Node pred = node.prev; while (pred.waitStatus > 0) node.prev = pred = pred.prev; // 记录pred原来的下一个节点，用于CAS函数更新时使用 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. // 将node节点状态设置为已取消Node.CANCELLED; node.waitStatus = Node.CANCELLED; // 如果node节点是队列尾节点，那么就将pred节点设置为新的队列尾节点 if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) { // 并且设置pred节点的下一个节点next为null compareAndSetNext(pred, predNext, null); } else { // 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 {
//<12> unparkSuccessor(node); } node.next = node; // help GC } }
<12>unparkSuccessor
// 唤醒node节点的下一个非取消状态的节点所在线程(即waitStatus<=0) private void unparkSuccessor(Node node) { // 获取node节点的状态 int ws = node.waitStatus; // 如果小于0，就将状态重新设置为0，表示这个node节点已经完成了 if (ws < 0) compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); // 下一个节点 Node s = node.next; // 如果下一个节点为null，或者状态是已取消，那么就要寻找下一个非取消状态的节点 if (s == null || s.waitStatus > 0) { // 先将s设置为null，s不是非取消状态的节点 s = null; // 从队列尾向前遍历，直到遍历到node节点 for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) // 因为是从后向前遍历，所以不断覆盖找到的值，这样才能得到node节点后下一个非取消状态的节点 if (t.waitStatus <= 0) s = t; } // 如果s不为null，表示存在非取消状态的节点。那么调用LockSupport.unpark方法，唤醒这个节点的线程 if (s != null) LockSupport.unpark(s.thread); }
<13>doAcquireShared
/** * 获取共享锁，获取失败，则会阻塞当前线程，直到获取共享锁返回 * @param arg the acquire argument */ private void doAcquireShared(int arg) { // <1>为当前线程创建共享锁节点node final Node node = addWaiter(Node.SHARED); boolean failed = true; try { boolean interrupted = false; for (;;) { //<7>获取节点的前一个节点 final Node p = node.predecessor(); // 如果节点node前一个节点是同步队列头节点。就会调用tryAcquireShared方法尝试获取共享锁 因为前一个节点可能正好释放 if (p == head) { int r = tryAcquireShared(arg); // 如果返回值大于0，表示获取共享锁成功 if (r >= 0) {
//<14> 自己获取成功 因为是共享锁,通知自己的下一正常节点尝试获得锁 下一节点也会持续这样做 setHeadAndPropagate(node, r); p.next = null; // help GC if (interrupted) selfInterrupt(); failed = false; return; } } //<5> 如果前一个节点p的状态是Node.SIGNAL，就是调用parkAndCheckInterrupt方法阻塞当前线程 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { // failed为true，表示发生异常， // 则将node节点的状态设置成CANCELLED，表示node节点所在线程已取消，不需要唤醒了 if (failed) cancelAcquire(node); } }
<14>setHeadAndPropagate
// 重新设置CLH队列头，如果CLH队列头的下一个节点为null或者共享模式， // 那么就要唤醒共享锁上等待的线程 private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) { Node h = head; // <4>设置新的同步队列头head setHead(node); /** * 如果自己获取成功因为是共享锁，则循环将后续阻塞的队列 尝试唤醒并获取锁 * propagate > 0 表示还有可获取数量 */ if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 || (h = head) == null || h.waitStatus < 0) { // 获取新的CLH队列头的下一个节点s Node s = node.next; // <15>如果节点s是空或者共享模式节点，那么就要唤醒共享锁上等待的线程 让他们尝试获取锁 if (s == null || s.isShared()) doReleaseShared(); } }
<15>doReleaseShared
// 会唤醒等待共享锁的线程 private void doReleaseShared() { for (;;) { // 将同步队列头赋值给节点h Node h = head; // 如果节点h不为null，且不等于同步队列尾 if (h != null && h != tail) { // 得到节点h的状态 int ws = h.waitStatus; // 如果状态是Node.SIGNAL，就要唤醒节点h后继节点的线程 if (ws == Node.SIGNAL) { // 将节点h的状态设置成0，如果设置失败，就继续循环，再试一次。 if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) continue; // loop to recheck cases // <12>唤醒节点h后继节点的线程 unparkSuccessor(h); } // 如果节点h的状态是0，就设置ws的状态是PROPAGATE。 else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) continue; // loop on failed CAS } // 如果同步队列头head节点发生改变，继续循环， // 如果没有改变，就跳出循环 if (h == head) break; } }
<16>fullyRelease
/** * 释放当前线程占有的锁，并唤醒CLH队列一个等待线程 * 如果失败就抛出异常，设置node节点的状态是Node.CANCELLED * @return */ final int fullyRelease(Node node) { boolean failed = true; try { // 获取锁的记录状态 int savedState = getState(); // 释放当前线程占有的锁 if (release(savedState)) { failed = false; return savedState; } else { throw new IllegalMonitorStateException(); } } finally { if (failed) node.waitStatus = Node.CANCELLED; } }
<17>addConditionWaiter
private Node addConditionWaiter() { //获得尾节点 Node t = lastWaiter; // 如果Condition队列尾节点的状态不是Node.CONDITION if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) { // 清除Condition队列中，状态不是Node.CONDITION的节点， // 并且可能会重新设置firstWaiter和lastWaiter 相当于清除队列 //<22>相当于重新整理队列 unlinkCancelledWaiters(); // 重新将Condition队列尾赋值给t t = lastWaiter; } // 为当前线程创建一个状态为Node.CONDITION的节点 Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION); // 如果t为null，表示Condition队列为空，将node节点赋值给链表头 if (t == null) firstWaiter = node; else // 将新节点node插入到Condition队列尾 t.nextWaiter = node; // 将新节点node设置为新的Condition队列尾 lastWaiter = node; return node; }
<18>fullyRelease
/** * 释放当前线程占有的锁，并唤醒CLH队列一个等待线程 * 如果失败就抛出异常，设置node节点的状态是Node.CANCELLED * @return */ final int fullyRelease(Node node) { boolean failed = true; try { // 获取锁的记录状态 int savedState = getState(); // <点击跳转到方法处>释放当前线程占有的锁 if (release(savedState)) { failed = false; return savedState; } else { throw new IllegalMonitorStateException(); } } finally { if (failed) node.waitStatus = Node.CANCELLED; } }
<19>isOnSyncQueue
// 节点node是不是在CLH队列中 final boolean isOnSyncQueue(Node node) { // 如果node的状态是Node.CONDITION，或者node没有前一个节点prev， // 那么返回false，节点node不在同步队列中 if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null) return false; // 如果node有下一个节点next，那么它一定在同步队列中 if (node.next != null) // If has successor, it must be on queue return true; // <20>上面都不满足遍历CLH队列 尝试同步队列中查找节点node 判断是否在CLH队列中 return findNodeFromTail(node); }
<20>findNodeFromTail
// 在同步队列中从后向前查找节点node，如果找到返回true，否则返回false private boolean findNodeFromTail(Node node) { Node t = tail; for (;;) { if (t == node) return true; if (t == null) return false; t = t.prev; } }
<21>checkInterruptWhileWaiting
/** * 如果线程没有发起了中断请求，返回0. * 如果线程发起了中断请求，且中断请求在signalled(即调用signal或signalAll)之前返回THROW_IE * 中断请求在signalled之后返回REINTERRUPT */ private int checkInterruptWhileWaiting(Node node) { return Thread.interrupted() ? (transferAfterCancelledWait(node) ? THROW_IE : REINTERRUPT) : 0; }
<22>unlinkCancelledWaiters
private void unlinkCancelledWaiters() { // condition队列头赋值给t Node t = firstWaiter; // 这个trail节点，只是起辅助作用 Node trail = null; while (t != null) { //得到下一个节点next。当节点是condition时候，nextWaiter表示condition队列的下一个节点 Node next = t.nextWaiter; // 如果节点t的状态不是CONDITION，那么该节点就要从condition队列中移除 if (t.waitStatus != Node.CONDITION) { // 将节点t的nextWaiter设置为null t.nextWaiter = null; // 如果trail为null，表示原先的condition队列头节点实效，需要设置新的condition队列头 if (trail == null) firstWaiter = next; else // 将节点t从condition队列中移除，因为改变了引用的指向，从condition队列中已经找不到节点t了 trail.nextWaiter = next; // 如果next为null，表示原先的condition队列尾节点也实效，重新设置队列尾节点 if (next == null) lastWaiter = trail; } else // 遍历到的有效节点 trail = t; // 将next赋值给t，遍历完整个condition队列 t = next; } }
<23>reportInterruptAfterWait
/** * 如果interruptMode是THROW_IE，就抛出InterruptedException异常 * 如果interruptMode是REINTERRUPT，则当前线程再发出中断请求 * 否则就什么都不做 */ private void reportInterruptAfterWait(int interruptMode) throws InterruptedException { if (interruptMode == THROW_IE) throw new InterruptedException(); else if (interruptMode == REINTERRUPT) selfInterrupt(); }
<24> doSignal
// 将Condition队列中的first节点插入到CLH队列中 private void doSignal(Node first) { do { //将first节点从队列投移除, 将他下面的节点设置为新的头 if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null) lastWaiter = null; // 取消first节点nextWaiter引用 first.nextWaiter = null; //将<25>first加入到CHL队列 } while (!transferForSignal(first) && (first = firstWaiter) != null); }
<25>transferForSignal
// 返回true表示节点node插入到同步队列中，返回false表示节点node没有插入到同步队列中 final boolean transferForSignal(Node node) { // 如果节点node的状态不是Node.CONDITION，或者更新状态失败， // 说明该node节点已经插入到同步队列中，所以直接返回false if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) return false; // <10>将节点node插入到同步队列中，p是原先同步队列尾节点，也是node节点的前一个节点 Node p = enq(node); int ws = p.waitStatus; // 如果前一个节点是已取消状态，或者不能将它设置成Node.SIGNAL状态。 // 就说明节点p之后也不会发起唤醒下一个node节点线程的操作， // 所以这里直接调用 LockSupport.unpark(node.thread)方法，唤醒节点node所在线程 if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL)) LockSupport.unpark(node.thread); return true; }
<26>doSignalAll
/** * 将condition队列中所有的节点都插入到同步队列中 * @param first condition队列头节点 */ private void doSignalAll(Node first) { // 表示将condition队列设置为空 lastWaiter = firstWaiter = null; do { // 得到condition队列的下一个节点 Node next = first.nextWaiter; first.nextWaiter = null; // 将节点first插入到同步队列中 transferForSignal(first); first = next; // 循环遍历condition队列中所有的节点 将他们放到CLH队列 } while (first != null); }
<27>doAcquireNanos
/** * 尝试在一定的时间nanosTimeout内获取锁，超时了就返回false */ private boolean doAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout) throws InterruptedException { if (nanosTimeout <= 0L) return false; // 计算截止时间 final long deadline = System.nanoTime() + nanosTimeout; // 为当前线程创建节点node，并插入到队列中 final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE); boolean failed = true; try { for (; ; ) { final Node p = node.predecessor(); // 如果前一个节点是队列头head，并且尝试获取锁成功 // 将该节点node设置成队列头head if (p == head && tryAcquire(arg)) { setHead(node); } p.next = null; // help GC failed = false; return true; } // 计算剩余时间 nanosTimeout = deadline - System.nanoTime(); // 剩余时间小于等于0，就直接返回false，获取锁失败 if (nanosTimeout <= 0L) return false; // <5>当p节点的状态是Node.SIGNAL时，调用LockSupport.parkNanos阻塞当前线程 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && nanosTimeout > spinForTimeoutThreshold) // 当前线程阻塞nanosTimeout时间 核心就在不是一直等待持有锁的线程释放唤醒，而是阻塞一定时间 LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout); // 如果当前线程中断标志位是true，抛出InterruptedException异常 if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); } finally { // failed为true，表示发生异常， // 则将node节点的状态设置成CANCELLED，表示node节点所在线程已取消，不需要唤醒了 if (failed) cancelAcquire(node); } }
<28>doAcquireSharedInterruptibly
跟doReleaseShared 几乎一样，只是信号量是使用的这个方法
/** * Acquires in shared interruptible mode. * @param arg the acquire argument */ private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException { //创建共享节点 并插入队列 final AbstractQueuedSynchronizer.Node node = addWaiter(AbstractQueuedSynchronizer.Node.SHARED); boolean failed = true; try { //自旋 for (;;) { //<1>获得节点的上一个节点 final AbstractQueuedSynchronizer.Node p = node.predecessor(); //如果他的节点就是节点头 尝试获取锁 因为并发情况节点头可能释放了 if (p == head) { int r = tryAcquireShared(arg); if (r >= 0) { //<14>重新设节点头 并尝试唤醒其他等待节点 setHeadAndPropagate(node, r); p.next = null; // help GC failed = false; return; } } //<5>如果前一个节点p的状态是Node.SIGNAL，就是调用<6>parkAndCheckInterrupt方法阻塞当前线程 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) throw new InterruptedException(); } } finally { if (failed) //<11> 此时前一个节点pred的状态只能是0或者PROPAGATE，不可能是CONDITION状态 // CONDITION(这个是特殊状态，只在condition列表中节点中存在，CLH队列中不存在这个状态的节点) // 将前一个节点pred的状态设置成Node.SIGNAL，这样在下一次循环时，就是直接阻塞当前线程 cancelAcquire(node); } }
<29> hasQueuedPredecessors
/** * 判断是否需要排队 false 为空队列 true为需要排队 * @return */ public final boolean hasQueuedPredecessors() { //获得尾节点 AbstractQueuedSynchronizer.Node t = tail; //获得头节点 AbstractQueuedSynchronizer.Node h = head; //中间变量s AbstractQueuedSynchronizer.Node s; /** * h != t 表示队列就一个节点 * 如果队列不止一节点，同时队列下一个节点不是当前线程 就表示需要排队 */ return h != t && ((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread()); }
AQS独占锁
加锁
一次只能有一个线程可以获取锁。当获取锁的线程释放了锁其他线程才可以获得锁
java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer#acquire
public final void acquire(int arg) { /** *tryAcquire 模板模式 是抽象方法由子类实现获取锁步骤 *<1>addWaiter 如果加锁失败 创建节点并放入队列尾 存在并发内部也是CAS设置 *<2>acquireQueued 通过新创建的节点 判断是重试获取锁。还是阻塞线程 */ if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(node.EXCLUSIVE), arg)) //<3>发出线程中断通知 selfInterrupt(); }
1.先调用由子类实现的tryAcquire 具体获取锁的方法
2.如果没有获取到调用addWaiter 创建一个node节点并插入CLH队列
3.调用acquireQueued 自旋尝试获取锁,只有当当前节点的前一个节点是head节点才尝试获取锁(因为前面可能有其他线程排队)，否则阻塞 等待唤醒 唤醒之后再继续自旋
4.自旋过程中也要判断Thread.interrupted() 线程是否中断
5.如果被唤醒后线程已经中断，将当前节点状态设置为0表示已完成, 从队列尾部前遍历，找到当前节点前一个未取消的节点，唤醒线程 让该线程重复3步骤
含有时间限制的加锁
public final boolean tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout) throws InterruptedException { //如果线程已经中断 直接抛出异常 if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); //<27>尝试获取锁，如果没有获取到 则调用doAcquireNanos 阻塞指定时间 return tryAcquire(arg) || doAcquireNanos(arg, nanosTimeout); }
1.先判断线程是否中断，如果中断 则直接抛出异常
2.调用子类tryAcquire获取独占锁的方法
3.如果没有获取成功,doAcquireNanos
4.doAcquireNanos 跟前面独占锁方式是一样的。唯一的不同是自旋里面判断等待锁的时间是否超时了。如果超了直接返回false，如果没有超则调用 LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);等待指定时间
5.那么除了其他线程唤醒，还有可能就是超时时间到了自动唤醒,其他线程唤醒了。如果没有获取成功，则判断是否超时 没有超时则继续阻塞指定时间
释放锁
// 在独占锁模式下，释放锁的操作 public final boolean release(int arg) { // 调用tryRelease子类方法，尝试去释放锁，由子类具体实现 if (tryRelease(arg)) { Node h = head; // <12>如果队列头节点的状态不是0，那么队列中就可能存在需要唤醒的等待节点。 // 还记得我们在acquireQueued(final Node node, int arg)获取锁的方法中，如果节点node没有获取到锁， // 那么我们会将节点node的前一个节点状态设置为Node.SIGNAL，然后调用parkAndCheckInterrupt方法 // 将节点node所在线程阻塞。 // 在这里就是通过unparkSuccessor方法，进而调用LockSupport.unpark(s.thread)方法，唤醒被阻塞的线程 if (h != null && h.waitStatus != 0) unparkSuccessor(h); return true; } return false; }
1.调用子类实现的释放锁的逻辑
2.如果释放成功,则通过head往下找有效的节点 节点状态非cancel的节点进行唤醒
共享锁
加锁
// 获取共享锁 public final void acquireShared(int arg) { //模板模式 抽象方法 由子类实现 尝试去获取共享锁，如果返回值小于0表示获取共享锁失败 if (tryAcquireShared(arg) < 0) //<13>调用doAcquireShared方法尝试获取共享锁 doAcquireShared(arg); }
1.先调用子类获取共享锁
2.如果获取事变调用doAcquireShared 往CLH队列插入一个共享的Node节点
3.如果Node的前一个节点是Head节点则尝试获取共享锁(队列排队 前面都获取了自身才能获取)
4.如果获取失败:
1.如果获取失败,则遍历当前节点的前一个节点，如果前一个节点是无效节点则,进行队列整理,遍历当前节点的前一节点，剔除无效状态的节点(节点状态为Cancel的)
2.然后重新自旋,如果前一节点是Single则触发阻塞
5.如果获取成功:
1.因为是共享锁，当前节点获取成功，则尝试遍历当前节点的下一节有效节点唤醒尝试获取锁(如果下一节点获取成功也会继续此操作)
释放锁
// 释放共享锁 public final boolean releaseShared(int arg) { // 模板模式 抽象方法尝试释放共享锁 if (tryReleaseShared(arg)) { //<15> 唤醒等待共享锁的线程 doReleaseShared(); return true; } return false; }
1.先调用子类的释放共享锁的方法
2.如果释放成功,则判断head节点是否是Signle如果是则代表后续节点是阻塞状态，则尝试唤醒后继节点线程
Condition
注 condition为 AQS的内部类
await
/** * 让当前持有锁的线程阻塞等待，并释放锁。如果有中断请求，则抛出InterruptedException异常 * @throws InterruptedException */ public final void await() throws InterruptedException { // 如果当前线程中断标志位是true，就抛出InterruptedException异常 if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); // <17>为当前线程创建新的Node节点，并且将这个节点插入到Condition队列中了 Node node = addConditionWaiter(); // <18>释放当前线程占有的锁，并唤醒CLH队列一个等待线程 这里可以看出 要await需要获取独占锁 int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = 0; // <19>如果节点node不在同步队列中(注意不是Condition队列) while (!isOnSyncQueue(node)) { // 阻塞当前线程,那么怎么唤醒这个线程呢？ // 首先我们必须调用signal或者signalAll将这个节点node加入到同步队列。 // 只有这样unparkSuccessor(Node node)方法，才有可能唤醒被阻塞的线程 LockSupport.park(this); // <21>如果当前线程产生中断请求，就跳出循环 if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) break; } // <2>如果节点node已经在同步队列中了，获取同步锁，只有得到锁才能继续执行，否则线程继续阻塞等待 if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) interruptMode = REINTERRUPT; // <22>清除Condition队列中状态不是Node.CONDITION的节点 if (node.nextWaiter != null) unlinkCancelledWaiters(); // <23>是否要抛出异常，或者发出中断请求 if (interruptMode != 0) reportInterruptAfterWait(interruptMode); }
1.整理wait队列，将节点状态非CONDITION的移除
2.创建Node节点状态为CONDITION插入队列尾部
3.释放当前线程占有的独占锁。如果释放失败则会抛出异常(调用await之前需要先获取独占锁)
4.循环判断是否在CLH同步队列中(当节点在CLH在同步节点中才结束循环),如果不在则阻塞当前线程，等待唤醒
5.如果CLH在同步队列中 则尝试获取同步锁，获取失败则在CLH获取锁的自旋里面阻塞
Signal
// 如果condition队列不为空，将condition队列头节点插入到同步队列中 public final void signal() { // 子类实现 如果当前线程不是独占锁线程，就抛出IllegalMonitorStateException异常 if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); // 将Condition队列头赋值给节点first Node first = firstWaiter; //表示wait队列不为空 if (first != null) // <24>将Condition队列中的first节点插入到CLH队列中 doSignal(first); }
1.从wait节点头节点往下遍历，找到有效节点，并加入CLH队列等待获取锁 只会唤醒一个
signalAll
// 将condition队列中所有的节点都插入到同步队列中 public final void signalAll() { //子类实现 如果当前线程不是独占锁线程，就抛出IllegalMonitorStateException异常 if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); //获取第一个Waiter节点 Node first = firstWaiter; //<26>表示队列不为空 if (first != null) doSignalAll(first); }
1.遍历wait节点。将所有节点都加入CLH队列尝试获取锁
