Java并发源码剖析（二）——AbstractQueuedSynchronizer共享模式

图片来源网络.png

0、引言

作为并发相关内容的第二篇，这里主要延续上一篇文章《Java并发源码剖析（一）——AbstractQueuedSynchronizer独占模式》的内容继续介绍共享模式的知识。

1、共享式AQS

独占式AQS主要是运用在ReentrantLock内，而共享式AQS主要是Semaphore、CountDownLatch。它旨在提供一个可以同时通过多个线程的阻塞方式。独占式是一种悲观锁，而共享式是一种乐观锁。这也是它与独占式AQS最大的区别。

2、共享式的机制

2.1、acquire共享模式

共享式的acquire操作与独占式的差别不太大，也是调用子类的tryAcquireShared方法，如果失败后才进行后续的操作。

public final void acquireShared(int arg) {
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        doAcquireShared(arg);
}

2.1.1、doAcquireShared

总的来说，两者的代码思路是一致的，我将两个代码放在一起供大家做一个对比。如果有不是很了解的可以参考我的第一篇文章。

acquire函数的代码对比图.png

这里主要指出一下不同。

1. addWaiter设置为shared模式。
2. tryAcquire和tryAcquireShared的返回值不同，因此会多出一个判断过程
3. 在判断前驱节点是头节点后，调用了setHeadAndPropagate方法，而不是简单的更新一下头节点。（如图中红线标出的地方）

2.1.2、setHeadAndPropagate

设置头节点状态，并通过propagate判断是否可以允许acquire

private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
    Node h = head; 
    setHead(node);
    // propagate也就是state的更新值大于0，代表可以继续acquire
    if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
        (h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
        Node s = node.next;
        // 判断后继节点是否存在，如果存在是否是共享模式的节点
        // 然后进行共享模式的释放
        if (s == null || s.isShared())
            doReleaseShared();
    }
}

在这里h头节点进行了两次判定，第一次是判定旧头节点存在且状态已经被设置过，第二次是判定设置后的头节点是否存在并且状态已经被设置过。只有满足上述的一个条件，就会对其后继节点做判断。后继节点不存在或者后继节点是共享模式，那就可以对整个队列进行释放操作。

Q1：这里为什么要判断状态为小于0的情况，直接使用PROPAGATE状态不可以吗？
这个是因为PROPAGATE状态是会被转换为SIGNAL的，这个在shouldParkAfterFailedAcquire方法中处理的，不清楚的可以再翻阅一下之前的文章。

这里有个小疑问，我也没太想明白？？？

为什么要去对老节点的状态去做一个判断，源码中注释解释的是在多重acquire/release情况下会出现不必要的唤醒。反正我是没懂这是什么意思？

2.1.3、doReleaseShared

从头节点开始， 判断头节点后继的状态，来确定后继需不需要唤醒。

private void doReleaseShared() {
    for (;;) {
        Node h = head;
        // 只需要处理头节点和尾节点都存在，且队列内的节点总数超过1个的情况
        if (h != null && h != tail) {
            int ws = h.waitStatus;
            // 两种模式下都需要SIGNAL信号来判断是否唤醒后继节点
            if (ws == Node.SIGNAL) {
                // 如果CAS操作失败了就继续循环处理
                if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) {
                    continue;
                }
                // CAS操作成功后，就将后继节点解除阻塞
                unparkSuccessor(h);
            } else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) {
                continue;
            }
            // 当状态码是PROPAGATE的时候，就可以结束循环了
        }
        // 在循环过程中，为了防止在上述操作过程中新添加了节点的情况，
        // 通过检查头节点是否改变了，如果改变了就继续循环
        if (h == head)
            break;
    }
}

由于共享模式和独占模式的队列是一样的，他们都需要区分出SIGNAL信号，然后对该后继节点进行阻塞的接触。对于状态为初始值的节点，就可以将其状态设置为PROPAGATE，不做任何其他操作，结束循环。

这里的循环主要是检测是否在上述操作中，有新的节点加入到队列中。

2.2、release共享模式

共享模式下的release操作与独占式无太大差别，而核心方法还是在于doReleaseShared。具体方法内容在2.4小节内已经解释过，可以返回到上一小节再分析一下。

public final boolean releaseShared(int arg) {
    if (tryReleaseShared(arg)) {
        doReleaseShared();
        return true;
    }
    return false;
}

因为从头节点开始的节点进行处理，所以对于共享模式的release来说，一般来说，只需要判断两种情况，一种SIGNAL代表后继节点之前被阻塞了需要释放，而另一种是PROPAGATE代表共享模式下可以继续进行acquire。

3、小结

共享式的操作与独占式的主要区别在于，每次acquire竞争失败后，独占式将立即阻塞当前线程，而共享式需要在多次acquire失败后才会阻塞当前线程。简单来说，共享式是有一定限额的独占式。限额的满足方式，根据不同的子类不同的实现方式。

参考文章

1. Java并发-独占锁与共享锁
2. Java并发包源码学习之AQS框架（四）AbstractQueuedSynchronizer源码分析