AbstractQueuedSynchronizer(AQS)

本文参考:
Java并发之AQS详解

抽象队列同步器,提供一套多线程访问共享资源的同步器框架。
它维护了一个双向链表形式的队列,封装好了对队列的入队、出队、节点的状态、原子性等操作,同时抽象了一些方法,让子类实现。如获取资源、释放资源的具体方式。子类继承父类,重写了这些方法,就可以实现不同的同步方式。


框架

image.png

节点包含:线程实例、线程等待状态、前驱指针、后继指针
AQS包含:头指针head、尾指针tail、一个int类型的state(资源)

资源:多线程竞争的资源,获取到资源的线程,获取不到的线程进入等待队列,直到资源可用。
对于ReentrantLock,资源就是0/1,互斥;
对于Semaphore/CountDownLatch,资源为设定的N,共享。
state的访问方式有三种:getState()/setState()/compareAndSetState()

不同的自定义同步器争用共享资源的方式不同。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:

  • isHeldExclusively():该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
  • tryAcquire(int):独占方式。尝试获取资源,成功则返回true,失败则返回false。
  • tryRelease(int):独占方式。尝试释放资源,成功则返回true,失败则返回false。
  • 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。
  • 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。

源码

  1. acquire-release
  2. acquireShared-releaseShared

acquire(int)

该方法是独占模式下获取资源的入口。整个过程忽略中断。


image.png

基本流程是:
1)尝试获取资源
2)如果获取成功,则直接返回,如果获取失败,则入队
3)入队之后,线程总是要执行,所以,不断检查自己能否获得资源,不能获得就被park
4)在成功获取资源之后,再检查中断状态,如果被中断了,则自我中断。

tryAcquire

image.png

尝试获取资源,具体怎么获取交给子类去实现。这里只提供一个接口。

addWaiter

image.png

首先,构造一个新的节点,参数是当前线程,因为是谁执行到这里,获取不到资源,谁就要进入等待队列。
然后就是入队。先尝试能否快速入队,也就是直接把新node设置为tail,采用CAS操作,如果成功,那么操作完成;如果失败,比如过程中tail节点被改变了,也就是多线程下有其他线程抢先成为tail,那么就从尾部开始尝试成为新的tail。

enq

image.png

enq是不断尝试tail指向的节点是否被改变,如果没有改变,就加在后面成为新的tail。如果改变就重试。

入队完成之后,接下来就要找事给线程做,或者让线程等着。

acquireQueued

image.png

首先看,该方法主体是个死循环,只有@1一个出口,该出口的条件是:前驱是head且获取到了资源,这意味着前驱释放了资源,并且唤醒了自己,所以将自己设为head节点,释放掉原有的head,返回中断标志。
如果不满足这个条件,那么线程就出不了这个循环。

@2:两个方法的语义是,在线程不满足条件的情况下,判断是否让线程park,条件是所有的前驱节点中是否有waitStatus为SIGNAL的节点,好让它被排到队之后通知自己。如果可以park,那么park进入等待状态,只有unpark和中断可以唤醒。

shouldParkAfterFailedAcquire

image.png

过程见注释。

parkAndCheckInterrupt

image.png

线程被park之后,只有unpark可以唤醒,且能够响应中断。
此处就是在线程被唤醒或中断之后,检测是否是被中断了。

acquire结束,流程图为:


image.png
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