高并发编程-AQS深入解析

要点解说

AbstractQueuedSynchronizer简称AQS,它是java.util.concurrent包下CountDownLatch/FutureTask/ReentrantLock/RenntrantReadWriteLock/Semaphore实现的基础,所以深入理解AQS非常有必要。

AQS通过内部实现的FIFO同步等待队列来完成资源获取线程的等待工作,如果当前线程获取资源失败,AQS则会将当前线程以及等待状态等信息构造成一个Node结构的节点,并将其加入等待队列中,同时会阻塞当前线程;当其它获取到资源的线程释放持有的资源时,则会把等待队列节点中的线程唤醒,使其再次尝试获取对应资源。

源码解析

AbstractQueuedSynchronizer源码比较长,这里只分析主要的功能代码。首先,先看一下它内部定义的Node类的代码。

static  final class Node {

       //声明共享模式下的等待节点
       static final Node SHARED = new Node();        


       //声明独占模式下的等待节点
       static final Node EXCLUSIVE = null;        


       //waitStatus的一常量值,表示线程已取消
       static final int CANCELLED =  1;        


       //waitStatus的一常量值,表示后继线程需要取消挂起
       static final int SIGNAL    = -1;        


       //waitStatus的一常量值,表示线程正在等待条件
       static final int CONDITION = -2;        


       //waitStatus的一常量值,表示下一个acquireShared应无条件传播
       static final int PROPAGATE = -3;        


       //waitStatus,其值只能为CANCELLED、SIGNAL、CONDITION、PROPAGATE或0
       //初始值为0
       volatile int waitStatus;        


       //前驱节点
       volatile Node prev;        


       //后继节点
       volatile Node next;        


       //当前节点的线程,在节点初始化时赋值,使用后为null
       volatile Thread thread;        


       //下一个等待节点
       Node nextWaiter;        


       Node() {
       }        


       Node(Thread thread, Node mode) {    
           // Used by addWaiter
           this.nextWaiter = mode;
           this.thread = thread;
       }        


       Node(Thread thread, int waitStatus) {
           // Used by Condition
           this.waitStatus = waitStatus;
           this.thread = thread;
       }
   }

上面的Node就是等待队列里的一个节点,具体结构如下:

接着,来看一下AbstractQueuedSynchronizer的三个重要属性:

//等待队列的头结点
    private transient volatile Node head;

    //等待队列的尾节点
    private transient volatile Node tail;

    //同步状态,这个很重要
    private volatile int state;

从这就可以得到同步队列的基本结构:

同时,同步器中提供了三个方法用于操作同步状态:

protected final int getState() {
        return state;
    }    


    protected final void setState(int newState) {
        state = newState;
    }    


    //使用CAS设置同步状态,确保线程安全
    protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
    }

AbstractQueuedSynchronizer类中其它方法主要是用于插入节点、释放节点,插入节点过程如下图所示:

释放头结点过程如下图所示:

分析小结

AbstractQueuedSynchronizer实现了对资源获取与释放的基础实现,真正使用到的地方还在是各个具体的功能类中,如CountDownLatch、ReentrantLock等,后面在这些类中会具体分析。

面试考点

AQS是什么?内部实现结构了解吗? AbstractQueuedSynchronizer简称AQS,它为实现依赖于先进先出 (FIFO) 等待队列的阻塞锁和相关同步器(信号量等)提供一个基础实现框架。内部实现结构参考上面的图示作答。

END

本文分享自微信公众号 - JavaQ(Java-Q)

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原始发表时间:2018-05-10

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