AbstractQueuedSynchronizer那些事儿(二) 数据结构

在继续深入底层细节前我们应该先了解AQS的成员变量有哪些，管中窥豹，先理解它的数据结构才能更好的搞清楚细节实现。
申明一下，很多理解都是直接写在代码注释中的，我认为采用这种方式可以更好的与代码亲密接触。

成员变量

    //等待队列的头结点，惰性初始化，除了初始化，只能通过setHead方法修改。如果头结点不为null，则它的状态一定不会是CANCELLED
    private transient volatile Node head;

    //等待队列的尾节点，惰性初始化，只能通过enq方法添加。
    private transient volatile Node tail;

    //同步状态，初始化时该值为0
    private volatile int state;
    //更快自旋而不是限时的阻塞
    static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L;

可以看到所谓的等待队列其实是一个双向链表，每个入队线程都会被包装成一个Node节点塞入队列中，而且这些变量都使用了volatile来保证内存可见性。

state状态对于AQS来说至关重要，所以为了保证线程安全，AQS通过unsafe方法来原子更新该值，注意下面的方法都采用了protected final修饰来保证子类可以访问但不能修改，在AQS中大量的方法实现都采用了final关键字以防止子类重写。

    protected final int getState() {
        return state;
    }

    protected final void setState(int newState) {
        state = newState;
    }
    
    protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
        // See below for intrinsics setup to support this
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
    }

静态内部类Node

Node对于AQS来说至关重要，因为他是等待队列维护的基本单元，Doug Lea的注释非常详细的描述了它的数据结构和工作机制。

AQS实现了CLH锁队列的一个变种，CLH锁一般用作自旋锁。每个节点中的state域描述了一个线程是否应该阻塞。如果一个节点的前驱节点释放了，那么该节点会收到通知。state域并不保证线程一定会获得锁，队列中的第一个节点可以尝试去获取，但是不保证获取成功，只是给了它竞争的机会，因此它可能需要重新等待。
入队只需要添加一个tail节点，出队只需要设置head节点。
入队只需要保证tail节点的原子操作，类似的出队调用仅仅更新head节点。然而实际上，我们可能需要一点额外的工作来查询后继节点是谁，因为节点有可能因为超时或者中断被取消。
prev指针(在CLH中没有用到)主要用来处理可取消节点，当然在CLH中没有用到。如果一个节点被取消，它的后继应该指向它的未取消前驱节点。
next指针用来实现一个阻塞语义。每个node维护了一个线程，所以一个节点的前驱节点传递next指针来决定下个需要被唤醒的线程。因为新入队的节点会修改前驱节点的next指针，所以后继节点的决定应该要避免竞争
CLH需要启动一个虚的head节点，但是我们不在构造器初始化，因为如果没有竞争，这将会导致无用功。相反，在第一次竞争时会创造这个节点和head，tail指针。

static final class Node {
        //标识节点处于共享模式
        static final Node SHARED = new Node();
        //标识节点处于独占模式
        static final Node EXCLUSIVE = null;

       
        static final int CANCELLED =  1;
        static final int SIGNAL    = -1;
        static final int CONDITION = -2;
        static final int PROPAGATE = -3;

        /*
        SIGNAL:当前节点的后继节点很快或者已经被阻塞，所以当前节点在取消或者释放的时候需要唤醒后继节点。为了避免竞争，获取锁的方法必须首先表明他们需要一个信号并尝试原子获取锁，获取失败就阻塞。
        CANCELLED:当前节点因为中断或者超时被取消了，一旦变成这个状态就不会在改变，也不会再次阻塞。
        CONDITION：当前节点处于条件队列中，一般情况下不会进入到同步队列中，而一旦发生了转移，它的state会重置为0
        PROPAGATE：releaseShare方法的调用应该传播到其他节点，在doReleaseShared来设置该状态以确保传播继续。
        */
        volatile int waitStatus;
        //当前节点依赖于它的前驱节点检查waitStatus状态，入队的时候初始化，出队的时候赋null。如果前驱节点被取消，就找下一个未取消的前驱节点，总是能找到的，因为head节点不可能被取消。一个节点获取了许可就会成为head节点。
        volatile Node prev;
        //当前节点释放许可的时候需要唤醒的节点，入队操作并不直接分配前驱节点的next指针直到被附加上，所以看到next指针为null并不意味着那个节点已经是tail节点了。已经取消的节点的next指针指向它自己而不是null，为了isOnSyncQueue早起？这里翻译不好，后面代码再说
        volatile Node next;

        volatile Thread thread;

        //指向条件队列的节点或者共享模式的节点，因为条件队列只能在独占模式下访问。
        Node nextWaiter;
        //addWaiter调用
        Node(Thread thread, Node mode) {    
            this.nextWaiter = mode;
            this.thread = thread;
        }
        //Condition调用
        Node(Thread thread, int waitStatus) { 
            this.waitStatus = waitStatus;
            this.thread = thread;
        }
    }