java同步器AQS架构AbstractQueuedSynchronizer原理是什么

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volatile，在锁里面修改状态值来保证线程安全的）；子类可以通过给状态 CAS 赋值来决定能否拿到锁，可以定义那些状态可以获得锁，哪些状态表示获取不到锁（比如定义状态值是 0 可以获得锁，状态值是 1 就获取不到锁）；子类可以新建非 public 的内部类，用内部类来继承 AQS，从而实现锁的功能；AQS 提供了排它模式和共享模式两种锁模式。排它模式下：只有一个线程可以获得锁，共享模式可以让多个线程获得锁，子类 ReadWriteLock 实现了两种模式；内部类 ConditionObject 可以被用作 Condition，我们通过 new ConditionObject () 即可得到条件队列；AQS 实现了锁、排队、锁队列等框架，至于如何获得锁、释放锁的代码并没有实现，比如 tryAcquire、tryRelease、tryAcquireShared、tryReleaseShared、isHeldExclusively 这些方法，AQS 中默认抛 UnsupportedOperationException 异常，都是需要子类去实现的；AQS 继承 AbstractOwnableSynchronizer 是为了方便跟踪获得锁的线程，可以帮助监控和诊断工具识别是哪些线程持有了锁；AQS 同步队列和条件队列，获取不到锁的节点在入队时是先进先出，但被唤醒时，可能并不会按照先进先出的顺序执行。AQS 的注释还有很多很多，以上 9 点是挑选出来稍微比较重要的注释总结。AQS 类定义代码如下：可以看出两点：AQS 是个抽象类，就是给各种锁子类继承用的，AQS 定义了很多如何获得锁，如何释放锁的抽象方法，目的就是为了让子类去实现；继承了 AbstractOwnableSynchronizer，AbstractOwnableSynchronizer 的作用就是为了知道当前是那个线程获得了锁，方便监控用的，代码如下：AQS 的属性可简单分为四类：同步器简单属性、同步队列属性、条件队列属性、公用 Node。首先我们来看一下简单属性有哪些：最重要的就是 state 属性，是 int 属性的，所有继承 AQS 的锁都是通过这个字段来判断能不能获得锁，能不能释放锁。首先我们介绍以下同步队列：当多个线程都来请求锁时，某一时刻有且只有一个线程能够获得锁（排它锁），那么剩余获取不到锁的线程，都会到同步队列中去排队并阻塞自己，当有线程主动释放锁时免费云主机域名，就会从同步队列头开始释放一个排队的线程，让线程重新去竞争锁。所以同步队列的主要作用阻塞获取不到锁的线程，并在适当时机释放这些线程。同步队列底层数据结构是个双向链表，我们从源码中可以看到链表的头尾，如下：源码中的 Node 是同步队列中的元素，但 Node 被同步队列和条件队列公用，所以我们在说完条件队列之后再说 Node。首先我们介绍下条件队列：条件队列和同步队列的功能一样，管理获取不到锁的线程，底层数据结构也是链表队列，但条件队列不直接和锁打交道，但常常和锁配合使用，是一定的场景下，对锁功能的一种补充。条件队列的属性如下：ConditionObject 我们就称为条件队列，我们需要使用时，直接 new ConditionObject () 即可。ConditionObject 是实现 Condition 接口的，Condition 接口相当于 Object 的各种监控方法，比如 Object#wait ()、Object#notify、Object#notifyAll 这些方法，我们可以先这么理解，后面会细说。Node 非常重要，即是同步队列的节点，又是条件队列的节点，在入队的时候，我们用 Node 把线程包装一下，然后把 Node 放入两个队列中，我们看下 Node 的数据结构，如下：从 Node 的结构中，我们需要重点关注 waitStatus 字段，Node 的很多操作都是围绕着 waitStatus 字段进行的。Node 的 pre、next 属性是同步队列中的链表前后指向字段，nextWaiter 是条件队列中下一个节点的指向字段，但在同步队列中，nextWaiter 只是一个标识符，表示当前节点是共享还是排它模式。排它锁的意思是同一时刻，只能有一个线程可以获得锁，也只能有一个线程可以释放锁。共享锁可以允许多个线程获得同一个锁，并且可以设置获取锁的线程数量。刚才我们看条件队列 ConditionObject 时，发现其是实现 Condition 接口的，现在我们一起来看下 Condition 接口，其类注释上是这么写的：当 lock 代替 synchronized 来加锁时，Condition 就可以用来代替 Object 中相应的监控方法了，比如 Object#wait ()、Object#notify、Object#notifyAll 这些方法；提供了一种线程协作方式：一个线程被暂停执行，直到被其它线程唤醒；Condition 实例是绑定在锁上的，通过 Lock#newCondition 方法可以产生该实例；除了特殊说明外，任意空值作为方法的入参，都会抛出空指针；Condition 提供了明确的语义和行为，这点和 Object 监控方法不同。类注释上甚至还给我们举了一个例子：假设我们有一个有界边界的队列，支持 put 和 take 方法，需要满足：1：如果试图往空队列上执行 take，线程将会阻塞，直到队列中有可用的元素为止；2：如果试图往满的队列上执行 put，线程将会阻塞，直到队列中有空闲的位置为止。1、2 中线程阻塞都会到条件队列中去阻塞。take 和 put 两种操作如果依靠一个条件队列，那么每次只能执行一种操作，所以我们可以新建两个条件队列，这样就可以分别执行操作了，看了这个需求，是不是觉得很像我们第三章学习的队列？实际上注释上给的 demo 就是我们学习过的队列，篇幅有限，感兴趣的可以看看 ConditionDemo 这个测试类。除了类注释，Condition 还定义出一些方法，这些方法奠定了条件队列的基础，方法主要有：这个方法的主要作用是：使当前线程一直等待，直到被 signalled 或被打断。当以下四种情况发生时，条件队列中的线程将被唤醒有线程使用了 signal 方法，正好唤醒了条件队列中的当前线程；有线程使用了 signalAll 方法；其它线程打断了当前线程，并且当前线程支持被打断；被虚假唤醒 (即使没有满足以上 3 个条件，wait 也是可能被偶尔唤醒，虚假唤醒定义可以参考： https://en.wikipedia.org/wiki/Spurious_wakeup)。被唤醒时，有一点需要注意的是：线程从条件队列中苏醒时，必须重新获得锁，才能真正被唤醒，这个我们在说源码的时候，也会强调这个。await 方法还有带等待超时时间的，如下：除了等待方法，还是唤醒线程的两个方法，如下：至此，AQS 基本的属性就已经介绍完了，接着让我们来看一看 AQS 的重要方法。在同步器中，我们有两个状态，一个叫做 state，一个叫做 waitStatus，两者是完全不同的概念：state 是锁的状态，是 int 类型，子类继承 AQS 时，都是要根据 state 字段来判断有无得到锁，比如当前同步器状态是 0，表示可以获得锁，当前同步器状态是 1，表示锁已经被其他线程持有，当前线程无法获得锁；waitStatus 是节点（Node）的状态，种类很多，一共有初始化 (0)、CANCELLED (1)、SIGNAL (-1)、CONDITION (-2)、PROPAGATE (-3)，各个状态的含义可以见上文。这两个状态我们需要牢记，不要混淆了。获取锁最直观的感受就是使用 Lock.lock () 方法来获得锁，最终目的是想让线程获得对资源的访问权。Lock 一般是 AQS 的子类，lock 方法根据情况一般会选择调用 AQS 的 acquire 或 tryAcquire 方法。acquire 方法 AQS 已经实现了，tryAcquire 方法是等待子类去实现，acquire 方法制定了获取锁的框架，先尝试使用 tryAcquire 方法获取锁，获取不到时，再入同步队列中等待锁。tryAcquire 方法 AQS 中直接抛出一个异常，表明需要子类去实现，子类可以根据同步器的 state 状态来决定是否能够获得锁，接下来我们详细看下 acquire 的源码解析。acquire 也分两种，一种是排它锁，一种是共享锁，我们一一来看下：以上代码的主要步骤是（流程见整体架构图中红色场景）：尝试执行一次 tryAcquire，如果成功直接返回，失败走 2；线程尝试进入同步队列，首先调用 addWaiter 方法，把当前线程放到同步队列的队尾；接着调用 acquireQueued 方法，两个作用，1：阻塞当前节点，2：节点被唤醒时，使其能够获得锁；如果 2、3 失败了，打断线程。代码很少，每个方法都是关键，接下来我们先来看下 addWaiter 的源码实现：如果之前学习过队列的同学，对这个方法应该感觉毫不吃力，就是把新的节点追加到同步队列的队尾。其中有一点值得我们学习的地方，是在 addWaiter 方法中，并没有进入方法后立马就自旋，而是先尝试一次追加到队尾，如果失败才自旋，因为大部分操作可能一次就会成功，这种思路在我们写自旋的时候可以借鉴。下一步就是要阻塞当前线程了，是 acquireQueued 方法来实现的，我们来看下源码实现：此方法的注释还是很清楚的，我们接着看下此方法的核心：shouldParkAfterFailedAcquire，这个方法的主要目的就是把前一个节点的状态置为 SIGNAL，只要前一个节点的状态是 SIGNAL，当前节点就可以阻塞了（parkAndCheckInterrupt 就是使节点阻塞的方法），源码如下：

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