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：

image

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：

image

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：

image

释放头结点过程如下图所示：

image

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

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