Java AQS 抽象的队列式的同步器 AbstractQueuedSynchronizer 学习笔记 2022-3-23

原文地址：http://www.cnblogs.com/waterystone/p/4920797.html

AQS、抽象的队列式的同步器

AQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架，许多同步类实现都依赖于它，如常用ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch

整体架构

它维护了 一个volatile int state（代表共享资源） 和 一个FIFO线程等待队列（多线程争用资源被阻塞时会进入此队列）；
总结：整体架构由 volatile修饰的int型state变量 + FIFO线程等待队列 组成

state的访问方式有三种:

getState()
setState()
compareAndSetState()

AQS定义两种资源共享方式：

（1）独占、Exclusive（只有一个线程能执行，如ReentrantLock）
（2）共享、Share（多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch）

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；

自定义同步器实现时主要实现以下几种方法：

1、isHeldExclusively()：该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它
2、tryAcquire(int)：独占方式，尝试获取资源；成功则返回true，失败则返回false
3、tryRelease(int)：独占方式，尝试释放资源；成功则返回true，失败则返回false
4、tryAcquireShared(int)：共享方式，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
5、tryReleaseShared(int)：共享方式，尝试释放资源；如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false

ReentrantLock

以ReentrantLock为例，state初始化为0，表示未锁定状态。A线程lock()时，会调用tryAcquire()独占该锁并将state+1。此后，其他线程再
tryAcquire()时就会失败，直到A线程unlock()到state=0（即释放锁）为止，其它线程才有机会获取该锁。当然，释放锁之前，A线程自己是可以重复获取此锁的（state会累加），这就是可重入的概念；但要注意，获取多少次就要释放多么次，这样才能保证state是能回到零态的

CountDownLatch

以CountDownLatch以例，任务分为N个子线程去执行，state也初始化为N（注意N要与线程个数一致）。这N个子线程是并行执行的，每个子线程执行完后countDown()一次，state会CAS减1。等到所有子线程都执行完后(即state=0)，会unpark()主调用线程，然后主调用线程就会从await()函数返回，继续后余动作。

总结

一般来说，自定义同步器 要么是独占方法，要么是共享方式，他们也只需实现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

源码学习

结点状态waitStatus

Node结点是对每一个等待获取资源的线程的封装，其包含了需要同步的线程本身及其等待状态，如是否被阻塞、是否等待唤醒、是否已经被取消等。
变量waitStatus则表示当前Node结点的等待状态，共有5种取值CANCELLED、SIGNAL、CONDITION、PROPAGATE、0。

（1）CANCELLED(1)：表示当前结点已取消调度。当timeout或被中断（响应中断的情况下），会触发变更为此状态，进入该状态后的结点将不会再变化
（2）SIGNAL(-1)：表示后继结点在等待当前结点唤醒。后继结点入队时，会将前继结点的状态更新为SIGNAL
（3）CONDITION(-2)：表示结点等待在Condition上，当其他线程调用了Condition的signal()方法后，CONDITION状态的结点将从等待队列转移到同步队列中，等待获取同步锁
（4）PROPAGATE(-3)：共享模式下，前继结点不仅会唤醒其后继结点，同时也可能会唤醒后继的后继结点
（5）0：新结点入队时的默认状态
注意，负值表示结点处于有效等待状态，而正值表示结点已被取消。所以源码中很多地方用>0、<0来判断结点的状态是否正常

acquire(int)

此方法是独占模式下线程获取共享资源的顶层入口；如果获取到资源，线程直接返回，否则进入等待队列，直到获取到资源为止，且整个过程忽略中断的影响；这也正是lock()的语义，当然不仅仅只限于lock()；获取到资源后，线程就可以去执行其临界区代码了。下面是acquire()的源码：

public final void acquire(int arg) {
     if (!tryAcquire(arg) &&
         acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
         selfInterrupt();
}

函数流程如下
1、调用自定义同步器的tryAcquire()尝试直接去获取资源，如果成功则直接返回；
2、没成功，则addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式；
3、acquireQueued()使线程在等待队列中休息，有机会时（轮到自己，会被unpark()）会去尝试获取资源。获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过，则返回true，否则返回false。
4、如果线程在等待过程中被中断过，它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt()，将中断补上

由于此函数是重中之重，我再用流程图总结一下：

这也就是ReentrantLock.lock()的流程，不信你去看其lock()源码吧，整个函数就是一条acquire(1);

tryAcquire(int)

此方法尝试去获取独占资源；如果获取成功，则直接返回true，否则直接返回false；这也正是tryLock()的语义，还是那句话，当然不仅仅只限于tryLock()；如下是tryAcquire()的源码：

protected boolean tryAcquire(int arg) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

什么？直接throw异常？说好的功能呢？
好吧，还记得概述里讲的AQS只是一个框架，具体资源的获取/释放方式交由自定义同步器去实现吗？就是这里了！！！
AQS这里只定义了一个接口，具体资源的获取交由自定义同步器去实现了（通过state的get/set/CAS）！！！
至于能不能重入，能不能加塞，那就看具体的自定义同步器怎么去设计了！！！
当然，自定义同步器在进行资源访问时要考虑线程安全的影响

这里之所以没有定义成abstract，是因为独占模式下只用实现tryAcquire-tryRelease，而共享模式下只用实现tryAcquireShared-tryReleaseShared。如果都定义成abstract，那么每个模式也要去实现另一模式下的接口。
说到底，Doug Lea还是站在咱们开发者的角度，尽量减少不必要的工作量。

addWaiter(Node)

此方法用于将当前线程加入到等待队列的队尾，并返回当前线程所在的结点

private Node addWaiter(Node mode) {
    //以给定模式构造结点。mode有两种：EXCLUSIVE（独占）和SHARED（共享）
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);

    //尝试快速方式直接放到队尾。
    Node pred = tail;
    if (pred != null) {
        node.prev = pred;
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }

    //上一步失败则通过enq入队。
    enq(node);
    return node;
}

enq(Node)：此方法用于将node加入队尾

private Node enq(final Node node) {
    //CAS"自旋"，直到成功加入队尾
    for (;;) {
        Node t = tail;
        if (t == null) { // 队列为空，创建一个空的标志结点作为head结点，并将tail也指向它。
            if (compareAndSetHead(new Node()))
                tail = head;
        } else {//正常流程，放入队尾
            node.prev = t;
            if (compareAndSetTail(t, node)) {
                t.next = node;
                return t;
            }
        }
    }
}

如果你看过AtomicInteger.getAndIncrement()函数源码，那么相信你一眼便看出这段代码的精华。CAS自旋volatile变量，是一种很经典的用法

......t太多了，还是慢慢看吧
https://www.cnblogs.com/waterystone/p/4920797.html