【JUC 并发编程】— AQS 源码探索之共享式
在【Java 并发编程】——AQS 源码探索之独占式一文中从源码详细介绍了 AQS 独占式的实现方式。本文将介绍 AQS 的共享式，顾名思义，共享式就是允许多个线程同时访问同一个资源。
共享式实例
在独占式中，AQS 中的状态用来表示可获取或者已独占（比如 0 表示可获取，1 表示已被占用）。共享式中，状态已不再是具体数值，而是一个范围：大于等于 0 表示可获取，小于 0 表示已被占满。
下面是一个自定义共享式同步工具类 TwinsLock，同一时刻最多允许两个线程访问：
public class TwinsLock implements Lock {
private Sync sync = new Sync(2);
private static final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private Sync(int count) {
if (count <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("count must larger than 0");
}
// 初始化 state 的值，表示可同时访问的线程数量
setState(count);
}
@Override
protected int tryAcquireShared(int reduceCount) {
for(;;) {
// 获取当前
int currentCount = getState();
// 计算剩余可用数量
int newCount = currentCount - reduceCount;
if (newCount < 0 || compareAndSetState(currentCount, newCount)) {
return newCount;
}
}
}
@Override
protected boolean tryReleaseShared(int returnCount) {
for(;;) {
int currentCount = getState();
int newCount = currentCount + returnCount;
if (compareAndSetState(currentCount, newCount)) {
return true;
}
}
}
}
@Override
public void lock() {
sync.acquireShared(1);
}
@Override
public void unlock() {
sync.releaseShared(1);
}
// 省略其他方法
}
按照惯例，定义静态内部类实现 AbstractQueuedSynchronizer，共享式需要重写 tryAcquireShared() 和 tryReleaseShared() 方法。TwinsLock 类的作用是同时允许两个线程通过，其他线程需要等待。获取和释放的具体逻辑可以看上面代码注释，使用方式如下
TwinsLock lock = new TwinsLock();
lock.lock();
try {
// do sth...
} finaly {
lock.unlock();
}
使用方式上和 ReentrantLock 一毛一样有木有。
获取
接下来分析获取的流程，lock.lock() 调用的是 sync.acquireShared() 方法
public final void acquireShared(int arg) {
// tryAcquireShared 需要子类重写
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
// 获取失败后调用
doAcquireShared(arg);
}
/**
* 共享模式获取，不响应中断
*/
private void doAcquireShared(int arg) {
// 入队
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
// 获取前驱节点
final Node p = node.predecessor();
// 为头节点
if (p == head) {
// 重新获取
int r = tryAcquireShared(arg);
// 获取成功
if (r >= 0) {
// 设置头节点
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
// 如果检测到中断，就中断自己
if (interrupted)
selfInterrupt();
failed = false;
return;
}
}
// 判断是否应该阻塞
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
// 阻塞并检查中断
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
共享式获取失败后的操作 doAcquireShared() 和独占式中操作很相似，获取的前提是前驱节点必须是头节点，否则进行阻塞。获取成功后执行 setHeadAndPropagate() 方法，并检查中断，如果需要中断，那就中断当前线程，最后返回。看看 setHeadAndPropagate 方法
private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
// 把获取成功的节点设置为头头节点
Node h = head; // Record old head for check below
setHead(node);
if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0) {
// 获取下一个节点
Node s = node.next;
if (s == null || s.isShared())
doReleaseShared();
}
}
重点瞅瞅 doReleaseShared()
/**
* Release action for shared mode -- signal successor and ensure
* propagation. (Note: For exclusive mode, release just amounts
* to calling unparkSuccessor of head if it needs signal.)
*
* 共享模式下的唤醒动作 -- 唤醒后继者并保证这种方式传播下去
*/
private void doReleaseShared() {
for (;;) {
Node h = head;
// 1. h = null，队列还没初始化
// 2. h == tail，队列刚初始化，就一个头节点
if (h != null && h != tail) {
int ws = h.waitStatus;
// 头节点的状态为 SIGNAL
if (ws == Node.SIGNAL) {
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue; // loop to recheck cases
// 唤醒后继节点
unparkSuccessor(h);
}
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue; // loop on failed CAS
}
// 如果头节点没有发生变化，退出循环
if (h == head) // loop if head changed
break;
}
}
这个方法是将头节点的的状态先从 SIGNAL 改为 0，再从 0 改为 PROPAGATE，至于为什么不一步到位，可以看看 unparkSuccessor() 中的代码
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
这里将状态小于 0 的改成 0，如果 doReleaseShared() 方法直接将头节点的状态改为 PROPAGATE，那这里相当于做了一次无用功。如果改变状态失败，说明头节点被改变了，那么进行下一次循环，重新获取头节点。从if (h == head) {break;}可以知道每次只会唤醒头节点的后继节点。
释放
释放代码
public final boolean releaseShared(int arg) {
// tryReleaseShared() 由子类实现
if (tryReleaseShared(arg)) {
// 释放操作，分析如上
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
共享式和独占式区别
状态
独占式中状态表示可获取已占用，比如 0 表示可以获取，获取成功后将状态改为 1，这种改变通过 CAS 实现，代码如下
if (compareAndSetState(0, 1)) {
// 获取成功
}
释放的时候将状态改为 0 即可
setState(0);
而共享式中状态一般用来表示的可用许可数量，当许可大于或等于 0 表示允许获取，每次获取成功后减掉指定许可数量并改变状态，直到状态小于 0 表示不可获取
for(;;) {
int currentCount = getState();
int newCount = currentCount - reduceCount;
if (newCount < 0 || compareAndSetState(currentCount, newCount)) {
return newCount;
}
}
可以看到，不管是独占式还是共享式，核心还是状态的改变。
唤醒
独占式中，队列中阻塞线程需要前驱节点唤醒，而只有前驱节点在释放操作是才会去唤醒。
而共享式中，除了释放的时候唤醒，重新获取成功的时候也会去唤醒后继节点。
入队
独占式中获取代码如下
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
代码中可以知道，如果线程获取同步状态失败，那么就将加入队列尾部。
而共享式则不同，
public final void acquireShared(int arg) {
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireShared(arg);
}
共享式中获取失败就直接返回，不会再加入队列。因为共享式一般用来允许指定数量的线程同时访问共享资源，当同步状态小于 0，则表示访问的线程数已达上限，后来的线程只能拒之门外。
