Java併發編程：AbstractQueuedSynchronizer的內部結構

一 前言　　

　　雖然已經有不少前輩已經分析過AbstractQueuedSynchronizer（簡稱AQS，也叫隊列同步器）類，可是感受那些點始終是別人的，看一遍甚至幾遍終不會印象深入。因此仍是記錄下來印象更深入，還能和你們一塊兒探討（這就是重複造輪子的好處，另外也主要是這篇篇幅太長了，猶豫了很久才決定寫做）。既然有不少前輩都分析過這個類說明它是多麼的重要，下面咱們看下concurrent包的實現示意圖就清楚AQS的所佔有的地位了。

 

二 什麼是AQS

　　AbstractQueuedSynchronizer，中文簡稱隊列同步器，英文簡稱AQS。它是用來構建鎖或者其餘同步組件的基礎框架，它使用了一個int成員變量表示同步狀態，經過內置的FIFO隊列來完成資源獲取線程的排隊工做。從上面圖能夠看出AQS是實現鎖或任意同步組件的關鍵，經過繼承同步器並實現它的抽象方法來管理同步狀態等。

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三 AQS的內部結構

　　我的習慣喜歡先看其內部結構，由於內部結果是一個類實現的核心。通過分析得知：AQS類底層的數據結構是使用雙向鏈表，包括head結點和tail結點，head結點主要用做後續的調度。另外還包含一個單向鏈表，只有當使用Condition時，纔會存在此單向鏈表。而且可能會有多個Condition 鏈表（其中鏈表是隊列的一種具體表現，因此也可稱做隊列）。以下圖：

 

四 內部結構源碼解析

3.1 類的繼承關係

　　

　　一、說明它是一個抽象類，就說明它可能存在抽象方法須要子類去重寫實現（具體有哪些方法須要重寫後續會說明）。

　　二、它還繼承了AbstractOwnableSynchronizer(簡稱AOS)類能夠設置獨佔資源線程和獲取獨佔資源線程（獨佔鎖會涉及到，AOS的源碼本身能夠進去看看）。

　　另外建議各位多看看類上的註釋，其實還蠻有做用的。

3.2 類的內部類

 　　先分析內部類中的結構再看AQS是怎麼引用它的。下面先看Node.class，主要分析都在註釋上了。

 

/**
 * Wait queue node class.
 * 注意看類上的註釋，上面是原註釋的第一行，表示等待隊列節點類（雖然其實是一個雙向鏈表）。
 */
static final class Node {
    /**
     * 總共分爲二者模式：共享和獨佔
     */
    /** 在共享模式中等待的節點 */
    static final Node SHARED = new Node();
    /** 在獨佔模式中等待的節點 */
    static final Node EXCLUSIVE = null;

    /**
     * 下面幾個表示節點狀態，也就是waitStatus所具備可能的值。
     */
    /**
     * 標記線程處於取消狀態
     * 節點進入該狀態就不會變化。
     * /
    static final int CANCELLED =  1;
    /**
     * 標記後繼節點的線程處於等待狀態，須要被取消停放（即被喚醒unpark）。
     * 變化狀況：噹噹前節點的線程若是釋放了同步狀態或者被取消，將會通知後繼節點，使後繼節點的線程得以運行。
     */
    static final int SIGNAL    = -1;
    /**
     * 標記線程正在等待條件（Condition）,也就是該節點處於等待隊列中。
     * 變化狀況：當其餘線程對Condition調用了signal()方法後，該節點將會從等待隊列中轉移到同步隊列中，加入到同步狀態的獲取中。
     */
    static final int CONDITION = -2;
    /**
     * 表示下一次共享式同步狀態獲取將會無條件的被傳播下去。
     */
    static final int PROPAGATE = -3;

    /**
     * 節點狀態，包含上面四種狀態（另外還有一種初始化狀態0）
     * 特別注意：它是volatile關鍵字修飾的，保證對其線程可見性，可是不保證原子性。
     * 因此更新狀態時，採用CAS方式去更新, 如：compareAndSetWaitStatus
     */
    volatile int waitStatus;

    /**
     * 前驅節點，好比當前節點被取消，那就須要前驅節點和後繼節點來完成鏈接。
     */
    volatile Node prev;

    /**
     * 後繼節點。
     */
    volatile Node next;

    /**
     * 入隊列時的當前線程。
     */
    volatile Thread thread;

    /**
     * 存儲condition隊列中的後繼節點。
     */
    Node nextWaiter;

    /**
     * 判斷是否共享模式
     */
    final boolean isShared() {
        return nextWaiter == SHARED;
    }

    /**
     * 獲取前置節點，若是前置節點爲空就拋出異常
     */
    final Node predecessor() throws NullPointerException {
        Node p = prev;
        if (p == null)
            throw new NullPointerException();
        else
            return p;
    }
    // 省略三個構造函數
}

 

　　總結下：當每一個線程被阻塞時都會封裝成一個Node節點，放入隊列中。每一個節點都包含了當前節點對應的線程、狀態、前置節點引用、後繼節點引用以及下一個等待者。

　　其中還須要注意的是waitStatus對應的各個狀態表明着什麼意思，另外不清楚volatile關鍵字做用的請前去閱讀下。

屬性名稱	描述
int waitStatus	表示節點的狀態。其中包含的狀態有： CANCELLED，值爲1，表示當前的線程被取消；節點進入該狀態就不會變化。 SIGNAL，值爲-1，表示當前節點的後繼節點包含的線程須要運行，也就是unpark；變化狀況：噹噹前節點的線程若是釋放了同步狀態或者被取消，將會通知後繼節點，使後繼節點的線程得以運行。 CONDITION，值爲-2，表示當前節點在等待condition，也就是在condition隊列中；變化狀況：當其餘線程對Condition調用了signal()方法後，該節點將會從等待隊列中轉移到同步隊列中，加入到同步狀態的獲取中。 PROPAGATE，值爲-3，表示當前場景下後續的acquireShared可以得以執行； 值爲0，表示當前節點在sync隊列中，等待着獲取鎖。
Node prev	前驅節點，好比當前節點被取消，那就須要前驅節點和後繼節點來完成鏈接。
Node next	後繼節點。
Thread thread	入隊列時的當前線程。
Node nextWaiter	存儲condition隊列中的後繼節點。

　　接下來簡單看看ConditionObject的源碼，後續咱們會單獨分析下這個類的做用。

 

/**
 * 實現Condition接口
 */
public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1173984872572414699L;
    /**
     * 條件隊列的第一個節點。
     */
    private transient AbstractQueuedSynchronizer.Node firstWaiter;
    /**
     * 條件隊列的最後一個節點。
     */
    private transient AbstractQueuedSynchronizer.Node lastWaiter;
}

 

　　從中能夠看它仍是實現了Condition接口，而Condition接口又定義了什麼規範呢？本身去看：），你會不會發現有點跟Object中的幾個方法相似呢。

3.3 主要內部成員

 

// 頭結點
    private transient volatile Node head;
    // 尾結點
    private transient volatile Node tail;
    // 同步狀態
    private volatile int state;

 

 

五 總結

　　經過上述分析就很清楚其內部結構是什麼了吧。總結下：

　　節點(Node)是成爲sync隊列和condition隊列構建的基礎，在同步器中就包含了sync隊列（Node雙向鏈表）。同步器擁有三個成員變量：sync隊列的頭結點head、sync隊列的尾節點tail和狀態state。對於鎖的獲取，請求造成節點，將其掛載在尾部，而鎖資源的轉移（釋放再獲取）是從頭部開始向後進行。對於同步器維護的狀態state，多個線程對其的獲取將會產生一個鏈式的結構。

 

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原文：http://www.javashuo.com/article/p-clqdqqgm-ez.html