21-AQS:基于FIFO等待队列的阻塞锁

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1. AQS:基于FIFO等待队列的阻塞锁
   1. 用来做什么？

当一个线程请求一个共享资源时，如果资源处于空闲状态，则设置该线程为有效的工作线程，并设置该资源为锁定状态；当资源处于锁定状态时，需要设置其他请求的线程处于阻塞状态，并在共享资源被唤醒时，分配当前处于阻塞状态的线程使其工作。

1. 1. 如何实现的？

使用一个FIFO的双端队列，用于存放锁上阻塞状态的线程，同时使用voliatile int state表示当前锁的状态，使用Unsafe工具对原子性操作来对state进行修改。

即当一个线程尝试获取锁时，如果锁已经被占用，则将该线程以及等待状态等信息构造为一个Node节点，加入到同步队列的尾部，同时阻塞当前线程。当队列顶部的线程节点，在占用资源完成后，释放资源，同时唤醒后面的节点并释放当前节点的引用。

1. 1. 设计思想

AQS，抽象同步队列。基于模板模式的设计，即其实现类通过重写指定的方法，同时调用父类特定的方法，从而达到调用子类重写的方法的目的。

1. 1. 类关系图

• 1. Jdk方法
     1. volatile int state 相关：unsafe使用CAS协议实现
• getState()  返回同步状态的当前值
• setState(int newState)  设置同步状态的值
• compareAndSetState(int expect, int update)

使用CAS设置当前状态；如果当前状态值等于预期值，则以原子方式将同步状态设置为给定的更新值。

1. 1. 1. transient volatile Node head;

通过懒加载生成的，处于等待锁的队列的头、尾节点。

除了初始化，该头节点只能通过setHead()方法进行修改。

如果头节点存在，则头节点的waitStatus 属性不能被设置为CANCELLED状态(线程已取消)

1. 1. 1. transient volatile Node tail;

通过懒加载方式生成的，处于等待锁的队列的尾节点；只支持add方式的编辑。

1. 1. 1. 添加释放锁方法final

AQS仅仅只是提供独占锁和共享锁两种方式，但是每种方式都有响应中断和不响应中断的区别。    

其内部的方法均为空的实现，由子类实现，而子类通常被称为自定义同步装置的内部类。

• 不响应中断的独占锁：acquire(int arg)
• 响应中断的独占锁：acquireInterruptibly(int arg)
• 不响应中断的共享锁：acquireShared(int arg)
• 响应中断的共享锁：acquireSharedInterruptibly(int arg)

1. 1. 1. isHeldExclusively()

当前同步器是否是在独占模式下的调用

• 1. AQS.Node节点详解
• volatile int waitStatus：节点的状态

CANCELLED：1，代表线程已经取消。

当线程等待超时或者被中断时，需要从之前的等待状态设置为取消等待状态；

SIGNAL：-1，该线程后面的线程需要启动。

当前节点释放同步状态或者被取消时，需要通知给后继节点；

CONDITION：-2，线程正在等待condition。

该节点当前存在在等待队列Condition上，当其他线程对Condition调用signal()方法后，需要将该节点共等待队列转移到同步队列中，以获取同步状态。

PROPAGATE，值为-3，下一次的共享状态会被无条件的传播下去；

INITIAL：0，初始状态，节点在同步队列中等待获取锁。

• Node prev：前驱节点    Node next：后继节点
• Node nextWaiter：下一个等待condition的node
• Thread thread：获取同步状态的线程
• Node SHARED = new Node()：当前是共享节点； Node EXCLUSIVE = null：独占节点
  1. 自定义锁源码实现

AbstractQueuedSynchronizer是一个抽象类，在多线程体系中是底层的实现；其子类(锁)，通过继承的方式，重写AQS内部的方法(置空方法),从而实现自身的业务。

1. 1. AQS中状态的变更

AQS全称AbstractQueuedSynchronizer，java.util.concurrent.locks包中一个抽象类，含一个用于存储被阻塞的线程的队列，以及一个表示对应线程等待状态的waitStatus值。

1. 1. 头节点，尾节点设置，waitStatus的更新

 

1. 1. AQS.acquire源码分析

当线程t调用自定义的Lock.lock()方法时，主要执行以下逻辑：

1. AQS.acqurie()方法，调用子类同步器重写的tryacquire()方法，尝试获取锁，并且成功；

设置当前线程为AOS的工作线程，并设置AQS同步器的state为占用状态。

1. 获取锁失败后，通过acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)方法，添加该线程节点到FIFO队列中；并对FIFO队列清除非法节点，完成后阻塞当前线程，LockSupport.park(this)；
2. 当其他线程通过release方法释放锁，并唤醒该线程t后，线程t启动，并尝试获取锁，直至获取成功；
3. 设置当前线程t所在的节点为队列的head节点

1. 1. AQS.release源码分析

当线程t2执行完成后，调用自定义锁的Lock.unlock()方法时，主要执行以下逻辑：

1. 调用子类重写的AQS方法Lock.Sync.tryRelease(1)，用于设置AQS的state为0，设置AOS的工作线程为null;
2. 在head.waitStatus != 0的情况下(即存在节点在队列中尝试获取锁)，从尾节点开始便利获取靠近头节点最近的合法节点s(s.waitStatus <0);
3. 唤醒节点s的线程LockSupport.unpark(s.thread);

 

1. 1. AQS.acquire----AQS.release流程运转

 

 

 

多线程学习大纲：https://mp.csdn.net/postedit/84768644