【Java 并发编程】AQS

前言

Java中的大部分同步类,如 Lock、Semaphore、ReentrantLock 等,都是基于 AbstractQueuedSynchronizer(简称为AQS)实现的。

AQS 是一种提供了原子式管理同步状态、阻塞和唤醒线程功能以及队列模型的简单框架。AQS 的框架如下图所示:

image

总的来说,AQS 框架共分为五层,自上而下由浅入深,从 AQS 对外暴露的 API 到底层基础数据。

CLH 锁

CLH 锁是由 Craig、Landin 和 Hagersten 的发明,因此命名为 CLH 锁。CLH 是单向链表,AQS 中的队列是 CLH 变体的虚拟双向队列(FIFO),AQS 是通过将每条请求共享资源的线程封装成一个节点来实现锁的分配。

CLH 锁是对自旋锁的一种改进,是一个虚拟的双向队列(虚拟的双向队列即不存在队列实例,仅存在节点之间的关联关系),暂时获取不到锁的线程将被加入到该队列中。

AQS 将每条请求共享资源的线程封装成一个 CLH 队列锁的一个节点(Node)来实现锁的分配。在 CLH 队列锁中,一个节点表示一个线程,它保存着线程的引用(thread)、 当前节点在队列中的状态(waitStatus)、前驱节点(prev)、后继节点(next)。

CLH 队列结构如下图所示:

image

AQS 框架

AQS 核心思想

AQS 核心思想是:

  • 如果被请求的共享资源空闲,则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程,并且将共享资源设置为锁定状态。

  • 如果被请求的共享资源被占用,那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制。

    这个机制 AQS 是基于 CLH 锁实现的。

AQS 的核心原理图:

image

AQS 的同步状态

AbstractQueuedSynchronizer 使用了一个 int 成员变量 state 表示同步状态,通过内置的 FIFO 线程等待/等待队列 来完成获取资源线程的排队工作。并且,状态的获取和修改都是通过 final 修饰的,在子类中无法被重写。

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {
    ...
    private volatile int state;  // The synchronization state.
    // 返回同步状态的当前值
    protected final int getState() {
        return state;
    }
    // 设置同步状态的值
    protected final void setState(int newState) {
    state = newState;
    }

    // 原子地(CAS操作)将同步状态值设置为给定值update如果当前同步状态的值等于expect(期望值)
    protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
    }
    ...
}

我们可以通过修改 state 字段表示的同步状态来实现多线程的独占模式和共享模式(加锁过程):

image

对于我们自定义的同步工具,需要自定义获取同步状态和释放状态的方式,也就是 AQS 架构图中的第一层:API层。

AQS 对资源的共享方式

AQS 中线程的两种锁的模式:

  • 独占(Exclusive):只有一个线程能执行,如,ReentrantLock。

    独占方式,又分为公平锁和非公平锁:

    • 公平锁:按照线程在队列中的排队顺序,先到者先拿到锁;

    • 非公平锁:当线程要获取锁时,无视队列顺序直接去抢锁,谁抢到就是谁的。

  • 共享(Shared):多个线程可同时执行,如,Semaphore、CountDownLatch。

ReentrantReadWriteLock 可以看成是组合式,因为 ReentrantReadWriteLock 也就是读写锁允许多个线程同时对某一资源进行读。

AQS 的重要方法

不同的自定义同步器争用共享资源的方式也不同。自定义同步器在实现时只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可,至于具体线程等待队列的维护(如获取资源失败入队/唤醒出队等),AQS 已经在顶层实现好了。

对于自定义同步器,需要实现以下几种方法:

方法名 描述
protected boolean isHeldExclusively() 该线程是否正在独占资源。只有用到 Condition 才需要去实现它。
protected boolean tryAcquire(int arg) 独占方式。arg为获取锁的次数,尝试获取资源,成功则返回True,失败则返回False。
protected boolean tryRelease(int arg) 独占方式。arg为释放锁的次数,尝试释放资源,成功则返回True,失败则返回False。
protected int tryAcquireShared(int arg) 共享方式。arg为获取锁的次数,尝试获取资源。负数表示失败;0表示成功,但没有剩余可用资源;正数表示成功,且有剩余资源。
protected boolean tryReleaseShared(int arg) 共享方式。arg为释放锁的次数,尝试释放资源,如果释放后允许唤醒后续等待节点返回True,否则返回False。

一般来说,自定义同步器要么是独占方法,要么是共享方式,它们也只需实现:tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared 中的一种即可。但 AQS 也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式,如 ReentrantReadWriteLock。

AQS 的数据结构

Node

先来看下AQS中最基本的数据结构:Node,Node即为上面CLH变体队列中的节点。

// java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.Node@JDK 1.8
abstract static class Node {
    static final int CANCELLED =  1;
    static final int SIGNAL    = -1;
    static final int CONDITION = -2;
    static final int PROPAGATE = -3;

    // 当前节点在队列中的状态
    volatile int waitStatus;
    // 前驱指针
    volatile Node prev;
    // 后继指针
    volatile Node next;
    // 表示处于该节点的线程
    volatile Thread thread;
    // 指向下一个处于CONDITION状态的节点
    Node nextWaiter;
    ...
}

其中,节点的状态 waitStatus 有下面几个枚举值:

枚举变量 枚举值 含义
- 0 一个新节点入队的默认状态,表示当前节点在 sync queue 中,等待着获取锁。
CANCELLED 1 表示当前节点已取消调度。当 timeout 或被中断(响应中断的情况下),会触发变更为此状态,进入该状态后的节点将不会再变化。
CONDITION -2 表示节点等待在 Condition 上,当其他线程调用了 Condition 的 signal() 方法后,
CONDITION 状态的节点将从等待队列转移到同步队列中,等待获取同步锁。
PROPAGATE -3 共享模式下,前继节点不仅会唤醒其后继节点,同时也可能会唤醒后继的后继节点。
SIGNAL -1 表示后继节点在等待当前节点唤醒。后继节点入队时,会将前继节点的状态更新为 SIGNAL。

注意,负值表示节点处于有效等待状态,而正值表示节点已被取消,因此,源码中很多地方用 ws > 0ws < 0 来判断节点的状态是否正常。

ConditionObject

Condition

// java.util.concurrent.locks.Condition
public interface Condition {
    // 等待,当前线程在接到信号或被中断之前一直处于等待状态
    void await() throws InterruptedException;
    // 等待,当前线程在接到信号之前一直处于等待状态,不响应中断
    void awaitUninterruptibly();
    //等待,当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态 
    long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;
    // 等待,当前线程在接到信号、被中断或到达指定等待时间之前一直处于等待状态。此方法在行为上等效于: awaitNanos(unit.toNanos(time)) > 0
    boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    // 等待,当前线程在接到信号、被中断或到达指定最后期限之前一直处于等待状态
    boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;
    // 唤醒一个等待线程。如果所有的线程都在等待此条件,则选择其中的一个唤醒。在从 await 返回之前,该线程必须重新获取锁。
    void signal();
    // 唤醒所有等待线程。如果所有的线程都在等待此条件,则唤醒所有线程。在从 await 返回之前,每个线程都必须重新获取锁。
    void signalAll();
}

ConditionObject

ConditionObject 实现了 Condition 接口,Condition 接口定义了条件操作规范

// java/util/concurrent/locks/AbstractQueuedSynchronizer.java
class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {
    public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {
        // condition 队列的头节点
        private transient Node firstWaiter;
        // condition 队列的尾节点
        private transient Node lastWaiter;
        ...
    }
    ...
}

AQS 源码分析

AbstractQueuedSynchronizer 的源码如下所示:

// java/util/concurrent/locks/AbstractQueuedSynchronizer.java
class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {
    ...
    // 头节点
    private transient volatile Node head;
    // 尾节点
    private transient volatile Node tail;
    // 状态
    private volatile int state;
    // 自旋时间
    static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L;

    // Unsafe类实例
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
    // state内存偏移地址
    private static final long stateOffset;
    // head内存偏移地址
    private static final long headOffset;
    // state内存偏移地址
    private static final long tailOffset;
    // tail内存偏移地址
    private static final long waitStatusOffset;
    // next内存偏移地址
    private static final long nextOffset;
    // 静态初始化块
    static {
        try {
            stateOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("state"));
            headOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("head"));
            tailOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("tail"));
            waitStatusOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (Node.class.getDeclaredField("waitStatus"));
            nextOffset = unsafe.objectFieldOffset
                (Node.class.getDeclaredField("next"));
        } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
    }
    ...
}

核心方法

获取资源:acquire

获取资源的入口是 acquire(int arg) 方法,arg 是要获取的资源个数,在独占模式下始终为 1。

acquire() 方法的源码如下:

// java/util/concurrent/locks/AbstractQueuedSynchronizer.java
class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {
    ...
    public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt();
    }
}

在 AQS 源码中,tryAcquire 默认会抛出一个异常,即需要子类去重写此方法完成自己的逻辑。

acquire() 方法以独占模式获取(资源),忽略中断,即线程在 aquire() 过程中,中断此线程是无效的。

当一个线程调用 acquire() 时,会首先调用 tryAcquire() 方法,调用此方法的线程会试图在独占模式下获取资源,此方法应该查询是否允许它在独占模式下获取资源,如果允许,则获取它。

如果 tryAcquire() 失败,则调用 Node addWaiter(Node mode) 方法,addWaiter() 方法将把这个线程插入到等待队列中,其中,参数 Node 是需要独占模式插入的节点。

acquire() 的流程图:

image

addWaiter

addWaiter() 方法会在队列的尾部插入新的 Node 节点,但是需要注意的是由于 AQS 中会存在多个线程同时争夺资源的情况,因此肯定会出现多个线程同时插入节点的操作,在这里是通过 CAS 自旋的方式保证了操作的线程安全性。

addWaiter() 方法的源码如下:

class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {
    ...
    private Node addWaiter(Node mode) {
        // 新生成一个节点,默认为独占模式
        Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
        // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
        Node pred = tail; // 保存尾节点
        if (pred != null) { // 尾节点不为空,即已经被初始化
            node.prev = pred; // 将 node 节点的prev域连接到尾节点
            // 比较 pred 是否为尾节点,是则将尾节点设置为node
            if (compareAndSetTail(pred, node)) {
                pred.next = node;  // 设置尾节点的 next 域为 node
                return node; // 返回新生成的节点
            }
        }
        // 尾节点为空(即还没有被初始化过),或者是 compareAndSetTail 操作失败,则入队列
        enq(node);
        return node;
    }

    private Node enq(final Node node) {
        for (;;) { // 自旋确保节点能够成功入队列
            Node t = tail;  // 保存尾节点
            if (t == null) {  // 尾节点为空,即还没被初始化
                if (compareAndSetHead(new Node()))  // 头节点为空,并设置头节点为新生成的节点
                    tail = head; // 头节点与尾节点都指向同一个新生节点
            } else { // 尾节点不为空,即已经被初始化过
                node.prev = t; // 将 node 节点的 prev 域连接到尾节点
                if (compareAndSetTail(t, node)) { // 比较节点 t 是否为尾节点,若是则将尾节点设置为 node
                    t.next = node; // 设置尾节点的 next 域为 node
                    return t; // 返回尾节点
                }
            }
        }
    }
    ...
}

addWaiter() 方法使用快速添加的方式往 sync queue 尾部添加节点,如果 sync queue 队列还没有初始化,则会调用 enq() 插入队列中,enq() 方法会使用自旋来确保节点的成功插入。

acquireQueue

如果线程获取资源(锁)失败,说明线程已经被添加到等待队列尾部了。acquireQueued() 方法可以对排队中的线程进行“获锁”操作。

总的来说,一个线程获取锁失败了,被放入等待队列,acquireQueued() 会把放入队列中的线程不断去获取锁,直到获取成功或者不再需要获取(中断)。

acquireQueue() 方法的源码如下:

class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {
    ...
    final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
        boolean failed = true; // 标记是否成功拿到资源
        try {
            boolean interrupted = false; // 标记等待过程中是否中断过
            for (;;) { // 开始自旋,要么获取锁,要么中断
                final Node p = node.predecessor(); // 获取当前节点的前驱节点
                if (p == head && tryAcquire(arg)) { // 如果 p 是头节点,说明当前节点在真实数据队列的首部,就尝试获取锁(注意,头节点是虚节点)
                    setHead(node); // 获取锁成功,头指针移动到当前node
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false; // 设置标志
                    return interrupted;
                }
                // 说明 p 为头节点且当前没有获取到锁(可能是非公平锁被抢占了)或者是 p 不为头节点,
                // 这个时候就要判断当前 node 是否要被阻塞(被阻塞条件:前驱节点的waitStatus为-1),防止无限循环浪费资源。
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt())
                    interrupted = true;
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node); // 将节点状态设置为 CANCELLED
        }
    }

    // 靠前驱节点判断当前线程是否应该被阻塞
    private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
        int ws = pred.waitStatus;   // 获取头节点的节点状态
        if (ws == Node.SIGNAL) // 说明头节点处于唤醒状态
            /*
             * This node has already set status asking a release
             * to signal it, so it can safely park.
             */
            return true; // 可以进行 park 操作
        if (ws > 0) { // 表示状态为:取消状态
            /*
             * Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
             * indicate retry.
             */
            do { // 循环向前查找取消节点,把取消节点从队列中剔除
                node.prev = pred = pred.prev;
            } while (pred.waitStatus > 0);
            pred.next = node;
        } else { // 前置节点处于有效等待状态
            /*
             * 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.
             */
            compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL); // 设置前置节点等待状态为 SIGNAL
        }
        return false;
    }

    // 主要用于挂起当前线程,阻塞调用栈,返回当前线程的中断状态。
    private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
        // 在许可可用之前禁用当前线程,并且设置了 blocker
        LockSupport.park(this); // 阻塞当前线程,直到 unpark 方法被调用或当前线程被中断,park 方法才会返回
        return Thread.interrupted(); // 当前线程是否已被中断,并清除中断标记位
    }
    ...
}

调用 acquireQueue() 方法,可以使 sync queue 中的节点在独占且忽略中断的模式下获取(资源)。其中,acquireQueued() 方法的流程图如下:

image

只有当该节点的前驱节点的状态为 SIGNAL 时,才可以对该节点所封装的线程进行 park() 操作;否则,将不能进行 park() 操作。parkAndCheckInterrupt() 方法里的逻辑是首先执行 park() 操作,即禁用当前线程,然后返回该线程是否已经被中断。其中,shouldParkAfterFailedAcquire() 方法的流程图如下:

image

可以看出,节点进入等待队列后,会调用 park() 使它进入阻塞状态的,只有头节点的线程是处于活跃状态的。

生成 CANCELLED 状态的节点:cancelAcquire

通过 cancelAcquire() 方法,可以会将 Node 的状态标记为 CANCELLED。其源码如下:

class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {
    ...
    private void cancelAcquire(Node node) {
        // 将无效节点过滤
        if (node == null)
            return;
        // 设置该节点不关联任何线程,也就是虚节点
        node.thread = null;

        // Skip cancelled predecessors
        Node pred = node.prev;
        // 通过前驱节点,跳过取消状态的node
        while (pred.waitStatus > 0)
            node.prev = pred = pred.prev;

        // 获取过滤后的前驱节点的后继节点
        Node predNext = pred.next;

        // 把当前node的状态设置为CANCELLED
        node.waitStatus = Node.CANCELLED;

        // 如果当前节点是尾节点,将从后往前的第一个非取消状态的节点设置为尾节点
        // 更新失败的话,则进入 else,如果更新成功,将 tail 的后继节点设置为 null
        if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
            compareAndSetNext(pred, predNext, null);
        } else {
            int ws;
            // 如果当前节点不是 head 的后继节点,1:判断当前节点前驱节点的是否为SIGNAL,2:如果不是,则把前驱节点设置为SINGAL看是否成功
            // 如果 1 和 2 中有一个为 true,再判断当前节点的线程是否为 null
            // 如果上述条件都满足,把当前节点的前驱节点的后继指针指向当前节点的后继节点
            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); // 如果当前节点是head的后继节点,或者上述条件不满足,那就唤醒当前节点的后继节点
            }

            node.next = node; // help GC
        }
    }
    ...
}

cancelAcquire() 的具体流程如下:

  • 获取当前节点的前驱节点,如果前驱节点的状态是 CANCELLED,那就一直往前遍历,找到第一个 waitStatus <= 0 的节点,将找到的 Pred 节点和当前 Node 关联,将当前 Node 设置为 CANCELLED。

    注意,waitStatus 为负值表示节点处于有效等待状态

  • 根据当前节点的位置,考虑以下三种情况:

    • 当前节点是尾节点。

    • 当前节点是Head的后继节点。

    • 当前节点不是Head的后继节点,也不是尾节点。

根据上述第二条,我们来分析每一种情况的流程:

  • 场景一:当前节点是尾节点

    image

  • 场景二:当前节点是Head的后继节点

    image

  • 场景三:当前节点不是Head的后继节点,也不是尾节点

    image

通过上面的流程,我们对于 CANCELLED 节点状态的产生和变化已经有了大致的了解,但是为什么所有的变化都是对 next 指针进行了操作,而没有对 prev 指针进行操作呢?什么情况下会对 prev 指针进行操作呢?

在执行 cancelAcquire() 的时候,当前节点的前置节点可能已经从队列中出去了(已经执行过 try 代码块中的 shouldParkAfterFailedAcquire 方法了)。如果此时修改 prev 指针,有可能会导致 prev 指向另一个已经移除队列的 Node,因此,在 cancelAcquire() 中修改 prev 指针不安全。

shouldParkAfterFailedAcquire() 方法中,会执行下面的代码,其实就是在处理 prev 指针。

node.prev = pred = pred.prev;

shouldParkAfterFailedAcquire() 只有在获取锁失败的情况下才会执行,进入该方法后,说明共享资源已被获取,当前节点之前的节点都不会出现变化,因此这个时候变更 prev 指针比较安全。

释放资源:release

释放资源相比于获取资源来说,会简单许多。在 AQS 中只有一小段实现。

release() 的源码如下:

class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable {
    ...
    public final boolean release(long arg) {
        if (tryRelease(arg)) {  // 释放成功
            Node h = head;  // 保存头节点
            if (h != null && h.waitStatus != 0) // 头节点不为空并且头节点状态不为0
                unparkSuccessor(h); // 释放头节点的后继节点
            return true;
        }
        return false;
    }

    // 释放头节点的后继节点
    private void unparkSuccessor(Node node) {
        int ws = node.waitStatus; // 获取node节点的等待状态
        if (ws < 0) // 状态值小于0,为SIGNAL = -1 或 CONDITION = -2 或 PROPAGATE -3
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); // 比较并且设置节点等待状态,设置为0

        Node s = node.next; // 获取node节点的下一个节点
        if (s == null || s.waitStatus > 0) { // 下一个节点为空或者下一个节点的等待状态大于0,即为 CANCELLED
            s = null;
            for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) // 从尾节点开始从后往前开始遍历
                if (t.waitStatus <= 0) // 找到等待状态小于等于 0 的节点,找到最前的状态小于等于 0 的节点
                    s = t; // 保存节点
        }
        if (s != null) // 如果当前节点的下个节点不为空,而且状态<=0,就把当前节点 unpark
            LockSupport.unpark(s.thread);
    }
    ...
}

AQS 中 tryRelease 的默认实现是抛出异常。

如果 tryRelease() 成功释放了锁,那么,接下来会检查队列的头节点。如果头节点存在并且 waitStatus 不为 0(这意味着有线程在等待),那么会调用 unparkSuccessor() 方法来唤醒等待的线程。

AQS 应用场景

AQS 作为并发编程的框架,为很多其他同步工具提供了良好的解决方案。下面列出了 JUC 中的几种同步工具,大体介绍一下 AQS 的应用场景:

同步工具 同步工具与AQS的关联
ReentrantLock 使用 AQS 保存锁重复持有的次数。当一个线程获取锁时,ReentrantLock 记录当前获得锁的线程标识,
用于检测是否重复获取,以及错误线程试图解锁操作时异常情况的处理。
Semaphore 使用 AQS 同步状态来保存信号量的当前计数。tryRelease 会增加计数,acquireShared 会减少计数。
CountDownLatch 使用 AQS 同步状态来表示计数。计数为0时,所有的 acquire 操作(CountDownLatch 的 await 方法)才可以通过。
ReentrantReadWriteLock 使用 AQS 同步状态中的16位保存写锁持有的次数,剩下的16位用于保存读锁的持有次数。
ThreadPoolExecutor Worker 利用 AQS 同步状态实现对独占线程变量的设置(tryAcquire和tryRelease)。

自定义同步工具

这里,我们可以通过利用 AQS 实现一个同步工具。

【示例】

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

public class LeeLock {
    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int arg) {
            return compareAndSetState(0, 1);
        }

        @Override
        protected boolean tryRelease(int arg) {
            setState(0);
            return true;
        }

        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getState() == 1;
        }
    }

    private final Sync sync = new Sync();

    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }
}

利用自定义的同步 Lock,完成一定的同步功能:

public class LeeMain {
    static int count = 0;
    static LeeLock leeLock = new LeeLock();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Runnable runnable = () -> {
            System.out.println("thread start ...");
            try {
                leeLock.lock();
                for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                    count++;
                }
            } catch (Exception e) {
                System.out.println(e.getMessage());
            } finally {
                leeLock.unlock();
            }
            System.out.println("thread end ...");

        };
        Thread thread1 = new Thread(runnable);
        Thread thread2 = new Thread(runnable);
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println(count);
    }
}

示例输出:

thread start ...
thread start ...
thread end ...
thread end ...
20000

AQS 总结

常见的问题

Q:某个线程获取锁失败的后续流程是什么呢?

A:存在某种排队等候机制,线程继续等待,仍然保留获取锁的可能,获取锁流程仍在继续。

Q:既然说到了排队等候机制,那么就一定会有某种队列形成,这样的队列是什么数据结构呢?

A:是CLH变体的FIFO双端队列。

Q:处于排队等候机制中的线程,什么时候可以有机会获取锁呢?

A:可以参考前面的分析。

Q:如果处于排队等候机制中的线程一直无法获取锁,需要一直等待么?还是有别的策略来解决这一问题?

A:线程所在节点的状态会变成取消状态,取消状态的节点会从队列中释放。

Q:Lock函数通过Acquire方法进行加锁,但是具体是如何加锁的呢?

A:AQS的Acquire会调用tryAcquire方法,tryAcquire由各个自定义同步器实现,通过tryAcquire完成加锁过程。

小结

对于 AbstractQueuedSynchronizer 的分析,最核心的就是 sync queue 的分析。

  • 每一个节点都是由前一个节点唤醒;

  • 当节点发现前驱节点是 head 并且尝试获取成功,则会轮到该线程运行;

  • condition queue中的节点向sync queue中转移是通过signal操作完成的;

  • 当节点的状态为SIGNAL时,表示后面的节点需要运行。


参考:

posted @ 2023-10-16 20:07  LARRY1024  阅读(21)  评论(0编辑  收藏  举报