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1.AQSとは
Javaの同期クラスのほとんど（Lock、Semaphore、ReentrantLockなど）は、AbstractQueuedSynchronizer（略してAQS）に基づいて実装されています。AQSは、同期状態のアトミック管理、スレッドをブロックおよびウェイクアップする機能、およびキューモデルを提供するシンプルなフレームワークです。
2.AQSクラスの構造
AQSクラス構造ヘッドヘッドポインターテールテールポインター状態状態
ノード構造は次のとおりです。
関連説明
3.AQSの基本原則
AQSの中心的な考え方は、要求された共有リソースがアイドル状態の場合、現在リソースを要求しているスレッドが有効なワーカースレッドに設定され、共有リソースがロック状態に設定されることです。共有リソースが占有されている場合、ロックの割り当てを保証するには、特定のブロッキングおよび待機ウェイクアップメカニズムが必要です。このメカニズムは主に、一時的にロックを取得できないスレッドをキューに追加するCLHキューのバリアントによって実装されます。
CLH：Craig、Landin、およびHagerstenキューは、単一リンクリストです。AQSのキューは、CLHバリアントの仮想双方向キュー（FIFO）です。AQSは、共有リソースを要求する各スレッドをノードにカプセル化することにより、ロック割り当てを実装します。
主な概略図は次のとおりです。
4.ReentrantLockの実装からAQSの原則を参照してください
ロックを取得するためのスレッドが3つあるとします。
ロックを取得するスレッドは、状態を0から1に変更します。この時点で、他のスレッドは、取得されていない場合、保留中のプリエンプションロジックを実行します。
つまり、次の図のacquire（）メソッド
取得方法を表示するために開きます
3つのメソッドが順番に実行されます
tryAcquire（arg）
getQueued（addWaiter（Node.EXCLUSIVE）、arg）
最初のメソッドtryAcquireは、プリエンプトを試みます。
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
//状态为0直接抢占到
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
//是否是自己本身 可重入锁的实现
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
复制代码上記のように、最初のスレッドは状態を0から1に変更し、実行中に2番目のスレッドはそれを取得できずfalseに戻ります
次に、addWaiter（）メソッドが実行されます
private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
Node pred = tail;
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
enq(node);
return node;
}
复制代码private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { // Must initialize
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
复制代码由于第二个线程是第一个进来抢占的 所以tail为空 需要先构建双向队列 执行enq方法 该方法先创建了一个哨兵节点作为head 然后将第二个线程封装的节点放在了其后面 尾指针指向第二个线程的节点 如下图所示
接下来 会进入acquireQueued()方法
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
//上一个节点为头节点 尝试抢占
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
//由于第一个线程还未释放锁 state状态还是1 所以抢占失败 进入下面逻辑
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
复制代码第二个线程节点上一个节点为头节点 尝试抢占，由于第一个线程还未释放锁 state状态还是1 所以抢占失败 进入下面逻辑shouldParkAfterFailedAcquire(p, node)&& parkAndCheckInterrupt()
先看第一个方法
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL)
/*
* This node has already set status asking a release
* to signal it, so it can safely park.
*/
return true;
if (ws > 0) {
/*
* Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
* indicate retry.
*/
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
/*
* 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);
}
return false;
}
复制代码进入的时候节点的前一个节点waitstatus为0 将waitstatus状态改为-1表示进入阻塞 返回false 接着上一步的自旋，此时又抢占失败 进入了这个方法，由于waitstatus状态已经为-1 所以返回true 进入第二个方法 parkAndCheckInterrupt()
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this);
return Thread.interrupted();
}
复制代码这个方法使用LockSupport.park(this) 精准park了这个线程 此时 线程二阻塞在这一行代码。
就在此时线程一跑完了 执行了unlock方法 我们来看下unlock方法
public void unlock() {
sync.release(1);
}
复制代码使用下面方法释放锁 将setExclusiveOwnerThread设置为null state设置为0
protected final boolean tryRelease(int releases) {
int c = getState() - releases;
if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread())
throw new IllegalMonitorStateException();
boolean free = false;
if (c == 0) {
free = true;
setExclusiveOwnerThread(null);
}
setState(c);
return free;
}
复制代码将state改为0之后 拿到队列的头节点 由于头节点在上面已经不为空 并且waitstatus被改为了-1，这个时候执行unparkSuccessor（）
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
复制代码这个时候执行unparkSuccessor
private void unparkSuccessor(Node node) {
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
Node s = node.next;
if (s == null || s.waitStatus > 0) {
s = null;
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread);
}
复制代码现将节点状态改为0 然后使用LockSupport精准唤醒节点的下一个结点 也就是第二个线程的节点，此时第二个线程被唤醒
此时state状态为0 进入第一个if逻辑抢锁成功，将自己设置为头节点 并清除和上一个头节点的引用，帮助垃圾回收
如此 循环往复 就是AQS实现ReentrantLock的基本原理了
この記事では、ReentrantLockロックのロック解除方法に焦点を当てています。これには、割り込みのキャンセルなどのロジックも含まれています。この記事では説明しません。機会があればお話しします。