【Java 并发】【九】【AQS】【三】基于AQS的共享锁实现、底层源码深度剖析
1 前言
上一节我们详细讲解了基于AQS实现的互斥锁机制，进行了深入的剖析，包括从acquire入口源码开始，剖析了获取锁失败调用addWaiter方法加入等待队列，知道了Node节点是怎么插入等待队列的；同时还剖析acquireQueue方法的源码，解析了插入等待队列之后的节点什么时候被挂起，什么时候会再去被唤醒然后再去竞争锁；同时还剖析了释放锁release的源码，释放资源之后将等待队列中的第二节点唤醒，然后竞争锁，那么这节我们来看看共享锁的实现过程又是怎么样的。
2 acquireShared 方法源码解析
AQS提供共享锁获取和共享锁释放的入口方法分别为acquireShared(int arg)、releaseShared(int arg)；我们一个个来分析，首先从acquireShared的源码开始。
共享锁入口，acquireShared方法源码：
public final void acquireShared(int arg) { // 1. tryAcquireShared < 0 表示获取共享锁失败 if (tryAcquireShared(arg) < 0) // 2. 然后进入doAcquireShared方法 doAcquireShared(arg); }
首先acquireShared也是一个模板方法，里面定义了一个模板流程：
（1）首先第一步还是会调用子类的tryAcquireShared方法，尝试去获取共享锁，如果返回结果大于等于0，则获取共享锁成功，返回结果小于0，获取共享锁失败。
（2）获取失败会进入doAcquireShared方法，这里就是获取共享锁失败之后，进入等待队列阻塞等待，或者再次尝试获取锁的细节了。doAcquireShared方法的源码我们后面再分析
这里的tryAcquireShared方法的返回值，表示如果获取了arg个资源之后当前还剩下多少个共享资源：
- 当 r > 0 的时候，表示获取了arg个资源之后，还有资源剩余，剩余资源大于0个，说明资源充足，获取锁成功；
- 当 r == 0的时候，表示获取了arg个资源之后，剩余资源为0个，表示成功获取arg资源之后没有剩余的了，刚刚够你需要的arg个资源，获取锁成功；
- 当 r < 0的时候，表示资源根本不够，如果你要获取arg个资源之后，剩下就是小于0了，不够，说明给你获取资源失败了，获取锁失败。
我们举个例子：
比如说当前的剩余共享资源就只有5个，也就是此时state = 5，此时线程调用 r = tryAcquireShared(int arg)方法去获取资源，可能有下面的几种结果：
（1）如果arg = 3，则 r = tryAcquireShard(3)， r 的结果是 5 - 3 = 2，r > 0 说明还有2个资源剩余，获取锁成功
（2）如果arg = 5，则 r = tryAcquireShard(5)，r的结果是 5 - 5 = 0，r = 0说明资源刚刚够你需要的，没有剩余的了，此时获取锁成功
（3）如果arg = 6，则 r = tryAcquireShard(6)，r的结果是 5 - 6 = -1，你需要6个资源，这里剩余只有5个，不够你获取，r < 0 说明你获取资源失败了，即获取锁失败
2.1 入队和等待，doAcquireShared方法源码
说完 acquireShared 那我们具体看一下 doAcquireShared 方法，即进入等待队列阻塞等待，或者再次尝试获取锁，具体的代码逻辑：
private void doAcquireShared(int arg) { // 将当先线程封装成一个Node节点，节点模式为共享锁模式SHARED // 这里的addWaiter方法的源码，上一节将互斥锁的时候讲过了，一模一样的 final Node node = addWaiter(Node.SHARED); // 获取锁成功还是失败的标识 boolean failed = true; try { // 是否被中断标识 boolean interrupted = false; for (;;) { // 获取节点node的前一个节点p final Node p = node.predecessor(); // 如果p是head，则node自己则是第二节点 // 上一节我们就说过了哈，AQS规定第二节点是可以去争抢锁的 if (p == head) { // 这里调用子类的tryAcquireShared方法去尝试获取锁 // r >= 0 表示获取锁成功，r < 0 表示获取锁失败 int r = tryAcquireShared(arg); // 如果 r >= 0，获取锁成功 if (r >= 0) { // 这个时候可能锁还有剩余，需要在传播下去 // 就是把等待队列中的节点，让他们也去获取锁 // 嘿，兄弟，起来了，还有锁资源，赶紧去争抢把 这里就看出和互斥锁不一样了，互斥锁只有setHead没有传播，共享锁是需要传播的 setHeadAndPropagate(node, r); // 将头节点的next设置为null,也就是移除头节点了 p.next = null; // help GC // 如果interrupted为true，表示线程被中断了 if (interrupted) selfInterrupt(); failed = false; return; } } // 走到这里，说明上面争抢锁失败了，判断是不是要挂起，源码上一节剖析过了 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && // 这里的parkAndCheckInterrupted是将线程挂起，源码上一节剖析过了 parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { // 这里是获取锁失败，将自己插入等待队列的节点删除 // 源码在上一节剖析过了 if (failed) cancelAcquire(node); } }
其实大致逻辑跟上一节互斥锁的思路大体一致都，当你看懂了上一章AQS互斥锁机制之后再来看共享锁的源码，其实就很简单了。
上面的源码步骤，我们来捋一下：
（1）首先获取当前线程node节点的前驱节点，也就是上一个节点p
（2）如果p是head节点，则说明自己是第二节点，可以去争抢锁了（AQS规定了第二节点是等待队列中下一个能获取到锁的节点，这个上一节我们讲过了哦）
（3）然后调用子类的tryAcquireShared方法去争抢锁，r表示争抢共享锁的结果。r >= 0 表示获取锁成功，r < 0表示获取锁失败
（4）如果 r >= 0 表示获取锁成功，由于共享锁可以是多个线程持有，这个时候可能锁资源还有剩余，就需要调用setHeadAndPropagate方法传播下去，告诉下面的节点，资源可能还有，赶紧起来争抢啦，别睡觉了
（5）如果上面获取锁失败，则调用shouldParkAfterFailedAcquire 方法判断自己是否应该被挂起，这里的流程和源码我们上一节分析过了
（6）如果自己应该被挂起，则调用parkAndCheckInterrupted方法将自己挂起，自己就停在这里了
（7）别的线程进行锁传播的时候，将自己唤醒，从（6）挂起的地方继续运行，重复上面的（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）步骤。
然后根据上面的源码，我们再画个图来分析一下：
2.2 共享锁传播，setHeadAndPropagate方法源码
其实可以看到和互斥锁唯一不一样的地方就是 setHeadAndPropagate 方法，互斥锁那里只有 setHead,因为互斥锁不需要传播，而共享锁不一样，共享锁某个线程发现剩余还有资源的话是会传播的，我们看下该方法的源码：
private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) { // 获取头节点 Node h = head; // 这里就是将自己设置成head节点 // 所以后面资源传播的过程，只要资源还充足，head节点是不断变化的 // 因为这里只要线程获取了资源成功，就把自己设置成头节点 setHead(node); // propagate就是上面我们调用r = tryAcquireShared的返回值 // 也就是剩余资源的个数，如果propagate > 0 说明资源还剩余，继续传播 // head == null这里说的是head节点是空，说明头节点已经获取资源完毕 // 可能head应该释放资源了，所以可能这个时候需要去唤醒别的线程 // h.waitSatatus < 0 说明head节点后面有线程在等待你唤醒， // head节点表示当前已经获取了资源的线程，这个时候你需要把后面的节点唤醒 // 让head后面节点的去竞争资源 if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 || (h = head) == null || h.waitStatus < 0) { Node s = node.next; // 如果下一个节点是共享锁模式，就唤醒继续传播 if (s == null || s.isShared()) // 这里的doReleaseShared方法其实就是唤醒和传播的具体逻辑了 doReleaseShared(); } }
上面的核心源码的步骤大概如下：
（1）首先第一步获取head头节点，然后将自己node设置成头节点，因为自己已经获取资源成功了。而头节点表示获取了资源成功的节点
（2）然后判断propagate是否大于0，大于0说明还有资源剩余，应该继续传播
（3）判断head == null，head节点已经没了，说明等待队列队列头节点已经释放资源了，可能这时候资源又有空余了
（4）判断head.waitStatus < 0 说明后面还有人等你唤醒，需要唤醒后面的节点让他们竞争资源了
2.3 实际传播逻辑，doReleaseShared方法源码
接着我们来看看doReleaseShared方法的源码：
private void doReleaseShared() { for (;;) { // 获取头节点 Node h = head; // head != null && head != null说明等待队列还有其他的节点 if (h != null && h != tail) { int ws = h.waitStatus; // 如果是SINGAL(-1)，说明需要唤醒自己的下一个节点 // 这里我们上一节讲过了SINGAL就是一个信号， // 这个信号表示你需要唤醒你的下一个节点 if (ws == Node.SIGNAL) { if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) continue; // loop to recheck cases // 这里就是唤醒h的下一个节点了，源码我们上一节分析过了 unparkSuccessor(h); } // 设置已经在传播资源了 else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) continue; // loop on failed CAS } // 资源在传播的过程中，如果有新的节点获取到线程，会把自己设置成head // 则只要资源还有足够的剩余，说明head是不断变化的 // 如果h == head说明头节点不再变化，也就还没有新的节点获取资源了 // 这个时候就传播结束了，退出循环 if (h == head) // loop if head changed break; } }
上面的源码就是共享资源传播的核心源码，大致过程就是：
（1）首先进来先获取一下head节点，然后如果head节点的等待状态是-1，则唤醒一下head节点的下一个节点，也就是第二节点，让第二节点来竞争锁
（2）如果资源充足的话，第二节点获取到锁之后，将自己设置成head节点，所以只要资源充足这里的head节点是一直会不断的传递下去的（也就是说第三节点、第四、第五节点在获取锁之后也将自己设置成head节点）
（3）然后第二节点head节点之后，继续唤醒自己的下一个节点，也就是会继续调用unparkSuccessor方法唤醒沉睡线程，唤醒第二节点的下一个节点
（4）当h == head的时候，说明head节点不再发生变化了，说明资源已经获取完毕了，没有资源可以传播了，这个时候就不再需要再唤醒线程了，也就是break跳出循环了。
我们举个例子，来加强理解一下：
假如最开始有6个共享资源：
（1）首先head节点成功获取3个资源，此时还剩下3个资源，发现资源有剩余，则唤醒下一个节点，也就是第二节点
（2）第二节点被唤醒之后，发现自己是head的下一个节点，然后去竞争资源，自己此时需要2个资源，获取资源之后，将自己设置成head节点，此时head节点移动，指向第二节点。同时发现还有1个资源剩余，继续唤醒第三节点
（3）此时第三节点醒来了，发现自己的head的下一个节点（也就是自己是等待队列的第二个节点），然后去竞争资源，争抢资源成功，然后设置自己是头节点。同时发现剩余资源是0个了，但是此时它还是会唤醒自己的下一个节点，也就是唤醒第四节点，因为下一个能获取到资源的就是第四节点了，需要提前一点醒来，需要唤醒让它去竞争。
（4）第四节点醒来之后，发现自己的head的下一个节点，然后去竞争资源，但是此时居然给我返回-2，说明没资源了，害~，没办法，第四节点只能不断的去尝试了，此时传播到这里就结束了
讲到这里其实AQS中的acquireShared方法内部的全部机制、全部源码都讲解完了，下面我们来看释放。
3 共享锁释放，releaseShared方法源码
我们来看下方法的源码：
public final boolean releaseShared(int arg) { // 1. 调用子类的tryReleaseShared方法，实际去释放资源 if (tryReleaseShared(arg)) { // 2. 释放资源之后竟然是调用这个，我们上面刚刚讲过 // 3. 这里其实本质上就是传播资源，继续唤醒后面的节点来竞争资源 // 这里刚刚讲解过，理解起来应该是简单了 doReleaseShared(); return true; } return false; }
这个方法也是AQS定义的一个模板方法，有下面的模板流程：
（1）首先是调用子类的tryReleaseShared方法去释放资源，释放资源成功后进入下一步
（2）如果释放成功，调用doReleaseShared方法去传播资源，这里上面刚刚讲解过，其实就是继续唤醒后面的线程来竞争资源，直到资源不足为止获取全部线程都唤醒为止
也就是它调用子类的tryReleaseShared方法释放资源之后。居然就是调用doReleaseShared方法继续传播了，就是上面的继续唤醒后面的线程来竞争，直到资源不足。
4 acquireShared，releaseShared方法汇总
跟互斥锁一样，我们最后画个图从整体上梳理一下acquireShared获取锁以及releaseShared释放锁的全流程：
5 小结
到这里，AQS获取共享锁和释放共享锁的底层源码、核心流程全部分析完毕了，有理解不对的地方欢迎指正哈。
