Java多線程進階（九）—— J.U.C之locks框架：AQS共享功能剖析(4)

本文首發於一世流雲的專欄： https://segmentfault.com/blog...

1、本章概述

AQS系列的前三個章節，咱們經過ReentrantLock的示例，分析了AQS的獨佔功能。
本章將以CountDownLatch爲例，分析AQS的共享功能。CountDownLatch，是J.U.C中的一個同步器類，可做爲倒數計數器使用，關於CountDownLatch的使用和說明，讀者能夠參考：
Java多線程進階（十八）—— J.U.C之synchronizer框架：CountDownLatch。

CountDownLatch示例
假設如今有3個線程，ThreadA、ThreadB、mainThread，CountDownLatch初始計數爲1：
CountDownLatch switcher = new CountDownLatch(1);

線程的調用時序以下：

//ThreadA調用await()方法等待

//ThreadB調用await()方法等待

//主線程main調用countDown()放行

2、AQS共享功能的原理

1. 建立CountDownLatch

CountDownLatch的建立沒什麼特殊，調用惟一的構造器，傳入一個初始計數值，內部實例化一個AQS子類：

CountDownLatch switcher = new CountDownLatch(1);

能夠看到，初始計數值count其實就是同步狀態值，在CountDownLatch中，同步狀態State表示CountDownLatch的計數器的初始大小。

2. ThreadA調用await()方法等待

CountDownLatch的await方法是響應中斷的，該方法實際上是調用了AQS的acquireSharedInterruptibly方法：

注意tryAcquireShared方法，該方法嘗試獲取鎖，由AQS子類實現，其返回值的含義以下：

State	資源的定義
小於0	表示獲取失敗
0	表示獲取成功
大於0	表示獲取成功，且後繼爭用線程可能成功

CountDownLatch中的tryAcquireShared實現至關簡單，當State值爲0時，永遠返回成功：

咱們以前說了在CountDownLatch中，同步狀態State表示CountDownLatch的計數器的初始值，當 State==0時，表示無鎖狀態，且一旦State變爲0，就永遠處於無鎖狀態了，此時全部線程在await上等待的線程均可以繼續執行。
而在ReentrantLock中， State==0時，雖然也表示無鎖狀態，可是隻有一個線程能夠重置State的值。這就是 共享鎖的含義。

好了，繼續向下執行，ThreadA嘗試獲取鎖失敗後，會調用doAcquireSharedInterruptibly：

首先經過addWaiter方法，將ThreadA包裝成共享結點，插入等待隊列，插入完成後隊列結構以下：

而後會進入自旋操做，先嚐試獲取一次鎖，顯然此時是獲取失敗的（主線程main還未調用countDown，同步狀態State仍是1）。
而後判斷是否要進入阻塞（shouldParkAfterFailedAcquire）：

好了，至此，ThreadA進入阻塞態，最終隊列結構以下：

3. ThreadB調用await()方法等待

流程和步驟2徹底相同，調用後ThreadB也被加入到等待隊列中：

4. 主線程main調用countDown()放行

ThreadA和ThreadB調用了await()方法後都在等待了，如今主線程main開始調用countDown()方法，該方法調用後，ThreadA和ThreadB都會被喚醒，並繼續往下執行，達到相似門栓的做用。

來看下countDown方法的內部：

該方法內部調用了AQS的releaseShared方法，先嚐試一次釋放鎖，tryReleaseShared方法是一個鉤子方法，由CountDownLatch實現，當同步State狀態值首次變爲0時，會返回true：

先調用compareAndSetWaitStatus將頭結點的等待狀態置爲0，表示將喚醒後續結點（ThreadA），成功後的等待隊列結構以下：

而後調用unparkSuccessor喚醒後繼結點（ThreadA被喚醒後會從原阻塞處繼續往下執行，這個在步驟5再講）：

此時，等待隊列結構以下：

5. ThreadA從原阻塞處繼續向下執行

ThreadA被喚醒後，會從原來的阻塞處繼續向下執行：
因爲是一個自旋操做，ThreadA會再次嘗試獲取鎖，因爲此時State同步狀態值爲0（無鎖狀態），因此獲取成功。而後調用setHeadAndPropagate方法：

setHeadAndPropagate方法把ThreadA結點變爲頭結點，並根據傳播狀態判斷是否要喚醒並釋放後繼結點：

①將ThreadA變成頭結點

②調用doReleaseShared方法，釋放並喚醒ThreadB結點

6. ThreadB從原阻塞處繼續向下執行

ThreadB被喚醒後，從原阻塞處繼續向下執行，這個過程和步驟5（ThreadA喚醒後繼續執行）徹底同樣。

setHeadAndPropagate方法把ThreadB結點變爲頭結點，並根據傳播狀態判斷是否要喚醒並釋放後繼結點：

①將ThreadB變成頭結點

②調用doReleaseShared方法，釋放並喚醒後繼結點（此時沒有後繼結點了，則直接break）：

最終隊列狀態以下：

3、總結

AQS的共享功能，經過鉤子方法tryAcquireShared暴露，與獨佔功能最主要的區別就是：

共享功能的結點，一旦被喚醒，會向隊列後部傳播（Propagate）狀態，以實現共享結點的連續喚醒。這也是共享的含義，當鎖被釋放時，全部持有該鎖的共享線程都會被喚醒，並從等待隊列移除。