Java多線程——帶你看AQS框架源碼

AQS，全稱AbstractQueuedSynchronizer，是Concurrent包鎖的核心，沒有AQS就沒有Java的Concurrent包。它究竟是個什麼，咱們來看看源碼的第一段註解是怎麼說明



看完第一段，總結下

• AQS是一個同步的基礎框架，基於一個先進先出的隊列。
• 鎖機制基於一個狀態值，它是原子值。
• AQS的子類負責定義與操做這個狀態值，但必須經過AQS提供的原子操做
• AQS剩餘的方法就是圍繞隊列，與線程阻塞喚醒等功能

基於以上概念，咱們看看源碼究竟是這麼實現這些功能的

AQS的成員變量

state

private volatile int state;
該變量標記爲volatile，說明該變量是對全部線程可見的。做用在於每一個線程改變該值，都會立刻讓其餘線程可見，在CAS（可見鎖概念與鎖優化）的時候是必不可少的。在AQS類中，不會直接操做這個值，而是交由它的子類去操做和定義他的做用。

Node、head、tail

AQS中有一個靜態內部類Node，其實現是一個雙向鏈表。head與tail則是這個鏈表的頭尾指針。做用是存儲獲取鎖失敗的阻塞線程。一樣的，這個鏈表是會被多個線程操做的，因此它裏面的變量可能是被標記爲volatile，而且操做也要經過CAS等原子方法去執行。
Node還有一個模式的屬性：獨佔模式和共享模式。獨佔模式下，鎖是線程獨佔的，而共享模式下，鎖是能夠被多個線程佔用的。

VarHandler

對於大多數須要操做的原子屬性，都對應會有一個大寫的值，它的類是VarHandler。例如state、head、tail都有對應的VarHandler，STATE、HEAD、TAIL。VarHandler是1.9的新特性，提供了相似於原子操做以及Unsafe操做的功能，裏面的原子操做大可能是native方法，比較難查看源碼。

ConditionObject

條件隊列，是AQS中一個很是關鍵內部類。這個名字起很是奇異，讓人搞不懂，看它類註釋也看不懂說了什麼。看看AQS頭部註解

這個類是爲了讓子類支持獨佔模式的。深刻看其中的源碼實現，其實就是Node在功能性上的封裝，最終讓子類實現讓當前線程怎麼獨佔一個Object鎖。await()、dosign()等方法就是讓線程阻塞、加入隊列、喚醒線程等。AQS框架下基本各類獨佔的加鎖，解鎖等操做到最後都是基於這個類實現的。該類是提供給子類去使用的，具體實現等下次說ReentranLock再深刻了解。有人可能以爲爲何實現這個內部類，又不用，而是給子類去用，那爲何不放到子類去呢？其實答案，很簡單，抽象加模板模式。

p.s. 只有獨佔鎖才能配合該類使用。

AQS的成員函數

AQS的公用的方法，主要是加鎖與解鎖方法。如下方法只提供了模板，部分實現仍是在子類當中，直接調用會拋出異常。

acquire()

嘗試獲取鎖，失敗則進入隊列。

先執行tryAcquire()（子類實現），成功則直接返回，若是是獲取鎖失敗，則執行addWaiter()，經過CAS在雙向鏈表的尾部添加一個新獨佔節點。

而後把節點丟到acquireQueued()中執行。該方法其實就是自旋嘗試獲取鎖或阻塞線程（子類實現決定）。一開始，獲取新節點的前驅節點，若是這個節點是head，則證實只有兩個節點，此時再次執行tryAcquire()嘗試獲取鎖，若獲取成功，則不須要中斷，成功結束。

若是仍是獲取失敗，則執行shouldParkAfterFailedAcquire()，根據前驅節點狀態（子類設值）判斷是否繼續自旋（當waitStatus爲初始值，重複上一步，直到前面的節點一直在減小到前驅節點爲head）或者阻塞線程（當waitStatus標記爲SIGNAL）

最後若是acquireQueued()返回須要阻塞，則執行selfInterrupt()設置線程爲中斷

能夠看回acquire()函數的寫法，十分的藝術。利用條件判斷的短路規則，實如今if()條件內嵌套判斷執行語音。通常人(筆者本人)若是要實現這個功能，會這麼寫

因此下次遇到相似嵌套if條件判斷的語句，能夠學習下acquire()的這種短路寫法。贊👍

acquireInterruptibly()

檢查線程是否被中斷並嘗試獲取鎖，失敗則進入隊列。線程中斷會退出隊列。
流程基本和acquire()相同。不一樣點就是，acquireInterruptibly()在自旋獲取過程當中若是線程是中斷的，那麼就會拋出異常退出流程，而且放棄鎖。

doAcquireInterruptibly()方法與acquireQueued()方法很是類似，不一樣就是前者在中斷狀態下，不會再繼續獲取鎖。注意最後有cancelAcquire()方法的執行。

tryAcquireNanos()

嘗試獲取鎖，失敗則進入隊列。當超過指定時間或線程中斷會退出隊列。
在acquireInterruptibly()基礎上，增長多一個時間判斷，超過指定時間，則退出，放棄獲取鎖。

release()

釋放當前鎖，並喚醒下一個Node。
嘗試釋放鎖

若釋放成功，且waitStatus不爲0（證實是SIGNAL的），就會執行unparkSuccessor()，先取消SIGNAL標誌，而後找到最近一個須要SIGNAL的節點，而且喚醒它。

**shared()

以上方法皆爲獨佔模式，對應都有共享模式的方法。最大的不一樣其實就是Node的waitStatus值爲PROPAGATE。具體流程與獨佔大致相同，細節留到ReentrantReadWriteLock再細瞭解。

總結

回顧下要點

1. AQS是一個同步的基礎框架，是ReentranLock、ReentranReadWriteLock的父類
2. AQS原理是維護一個state原子值，經過一個雙向鏈表的隊列實現同步。
3. 對於state、與隊列的操做都是原子操做，經過VarHandle實現
4. 主要對外方法是加鎖與解鎖，區別是否中斷、超時、共享或獨佔模式

以上即便AQS的大體內容，可能有些部分難以理解，其實很正常，由於AQS提供的是流程模板與工具，沒有實質落地的場景，是比較難理解的。等後面介紹ReentranLock與ReentrantReadWriteLock的時候，就能夠更好更全面的瞭解總體AQS框架了。

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