JUC锁框架_AbstractQueuedSynchronizer详细分析

AQS是JUC锁框架中最重要的类，通过它来实现独占锁和共享锁的。本章是对AbstractQueuedSynchronizer源码的完全解析，分为四个部分介绍：

CLH队列即同步队列：储存着所有等待锁的线程

独占锁

共享锁

Condition条件

注: 还有一个AbstractQueuedLongSynchronizer类，它与AQS功能和实现几乎一样，唯一不同的是AQLS中代表锁被获取次数的成员变量state类型是long长整类型，而AQS中该成员变量是int类型。

一. CLH队列(线程同步队列)

因为获取锁是有条件的，没有获取锁的线程就要阻塞等待，那么就要存储这些等待的线程。

在AQS中我们使用CLH队列储存这些等待的线程，但它并不是直接储存线程，而是储存拥有线程的node节点。所以先介绍重要内部类Node。

1.1 内部类Node

   static final class Node { // 共享模式的标记 static final Node SHARED = new Node(); // 独占模式的标记 static final Node EXCLUSIVE = null; // waitStatus变量的值，标志着线程被取消 static final int CANCELLED = 1; // waitStatus变量的值，标志着后继线程(即队列中此节点之后的节点)需要被阻塞.(用于独占锁) static final int SIGNAL = -1; // waitStatus变量的值，标志着线程在Condition条件上等待阻塞.(用于Condition的await等待) static final int CONDITION = -2; // waitStatus变量的值，标志着下一个acquireShared方法线程应该被允许。(用于共享锁) static final int PROPAGATE = -3; // 标记着当前节点的状态，默认状态是0, 小于0的状态都是有特殊作用，大于0的状态表示已取消 volatile int waitStatus; // prev和next实现一个双向链表 volatile Node prev; volatile Node next; // 该节点拥有的线程 volatile Thread thread; // 可能有两种作用：1. 表示下一个在Condition条件上等待的节点 // 2. 表示是共享模式或者独占模式，注意第一种情况节点一定是共享模式 Node nextWaiter; // 是不是共享模式 final boolean isShared() { return nextWaiter == SHARED; } // 返回前一个节点prev，如果为null，则抛出NullPointerException异常 final Node predecessor() throws NullPointerException { Node p = prev; if (p == null) throw new NullPointerException(); else return p; } // 用于创建链表头head，或者共享模式SHARED Node() { } // 使用在addWaiter方法中 Node(Thread thread, Node mode) { this.nextWaiter = mode; this.thread = thread; } // 使用在Condition条件中 Node(Thread thread, int waitStatus) { this.waitStatus = waitStatus; this.thread = thread; } }

重要的成员属性：

waitStatus: 表示当前节点的状态，默认状态是0。总共有五个值CANCELLED、SIGNAL、CONDITION、PROPAGATE以及0。

prev和next：记录着当前节点前一个节点和后一个节点的引用。

thread：当前节点拥有的线程。当拥有锁的线程释放锁的时候，可能会调用LockSupport.unpark(thread)，唤醒这个被阻塞的线程。

nextWaiter：如果是SHARED，表示当前节点是共享模式，如果是null，当前节点是独占模式，如果是其他值，当前节点也是独占模式，不过这个值也是Condition队列的下一个节点。

注意：通过Node我们可以实现两个队列，一是通过prev和next实现CLH队列(线程同步队列,双向队列)，二是nextWaiter实现Condition条件上的等待线程队列(单向队列)，后一个我们在Condition中介绍。

1.2 操作CLH队列

1.2.1 存储CLH队列

    // CLH队列头private transient volatile Node head; // CLH队列尾 private transient volatile Node tail;

1.2.2 设置CLH队列头head

    /*** 通过CAS函数设置head值，仅仅在enq方法中调用*/private final boolean compareAndSetHead(Node update) { return unsafe.compareAndSwapObject(this, headOffset, null, update); }

这个方法只在enq方法中调用，通过CAS函数设置head值，保证多线程安全

   // 重新设置队列头head，它只在acquire系列的方法中调用private void setHead(Node node) { head = node; // 线程也没有意义了，因为该线程已经获取到锁了 node.thread = null; // 前一个节点已经没有意义了 node.prev = null; }

这个方法只在acquire系列的方法中调用，重新设置head，表示移除一些等待线程节点。

1.2.3 设置CLH队列尾tail

    /*** 通过CAS函数设置tail值，仅仅在enq方法中调用*/private final boolean compareAndSetTail(Node expect, Node update) { return unsafe.compareAndSwapObject(this, tailOffset, expect, update); }

这个方法只在enq方法中调用，通过CAS函数设置tail值，保证多线程安全

1.2.4 将一个节点插入到CLH队列尾

   // 向队列尾插入新节点，如果队列没有初始化，就先初始化。返回原先的队列尾节点private Node enq(final Node node) { for (;;) { Node t = tail; // t为null，表示队列为空，先初始化队列 if (t == null) { // 采用CAS函数即原子操作方式，设置队列头head值。 // 如果成功，再将head值赋值给链表尾tail。如果失败，表示head值已经被其他线程，那么就进入循环下一次 if (compareAndSetHead(new Node())) tail = head; } else { // 新添加的node节点的前一个节点prev指向原来的队列尾tail node.prev = t; // 采用CAS函数即原子操作方式，设置新队列尾tail值。 if (compareAndSetTail(t, node)) { // 设置老的队列尾tail的下一个节点next指向新添加的节点node t.next = node; return t; } } } }

这个方法向CLH队列尾插入一个新节点，如果队列为空，就先创建队列再插入新节点，返回老的队列尾节点。

1.2.5 将当前线程添加到CLH队列尾

   // 通过给定的模式mode(独占或者共享)为当前线程创建新节点，并插入队列中private Node addWaiter(Node mode) { // 为当前线程创建新的节点 Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); Node pred = tail; // 如果队列已经创建，就将新节点插入队列尾。 if (pred != null) { node.prev = pred; if (compareAndSetTail(pred, node)) { pred.next = node; return node; } } // 如果队列没有创建，通过enq方法创建队列，并插入新的节点。 enq(node); return node; }

为当前线程创建一个新节点，再插入到CLH队列尾，返回新创建的节点。

二. 独占锁

我们先想一想独占锁的功能是什么?

独占锁至少有两个功能：

获取锁的功能。当多个线程一起获取锁的时候，只有一个线程能获取到锁，其他线程必须在当前位置阻塞等待。

释放锁的功能。获取锁的线程释放锁资源，而且还必须能唤醒正在等待锁资源的一个线程。
带着这些疑惑，我们来看AQS中是怎么实现的。

2.1 获取独占锁的方法

2.1.1 acquire方法

   /*** 获取独占锁。如果没有获取到，线程就会阻塞等待，直到获取锁。不会响应中断异常* @param arg*/public final void acquire(int arg) { // 1. 先调用tryAcquire方法，尝试获取独占锁，返回true，表示获取到锁，不需要执行acquireQueued方法。 // 2. 调用acquireQueued方法，先调用addWaiter方法为当前线程创建一个节点node，并插入队列中， // 然后调用acquireQueued方法去获取锁，如果不成功，就会让当前线程阻塞，当锁释放时才会被唤醒。 // acquireQueued方法返回值表示在线程等待过程中，是否有另一个线程调用该线程的interrupt方法，发起中断。 if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) selfInterrupt(); }

将这个方法一下格式，大家就很好理解了

   public final void acquire(int arg) { // 1.先调用tryAcquire方法，尝试获取独占锁，返回true则直接返回 if (tryAcquire(arg)) return; // 2. 调用addWaiter方法为当前线程创建一个节点node，并插入队列中 Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE); // 调用acquireQueued方法去获取锁， // acquireQueued方法返回值表示在线程等待过程中，是否有另一个线程调用该线程的interrupt方法，发起中断。 boolean interrupted = acquireQueued(node, arg); // 如果interrupted为true，则当前线程要发起中断请求 if (interrupted) { selfInterrupt(); } }

2.1.2 tryAcquire方法

    // 尝试去获取独占锁，立即返回。如果返回true表示获取锁成功。protected boolean tryAcquire(int arg) { throw new UnsupportedOperationException(); }

如果子类想实现独占锁，则必须重写这个方法，否则抛出异常。这个方法的作用是当前线程尝试获取锁，如果获取到锁，就会返回true，并更改锁资源。没有获取到锁返回false。

注：这个方法是立即返回的，不会阻塞当前线程

下面是ReentrantLock中FairSync的tryAcquire方法实现

       // 尝试获取锁，与非公平锁最大的不同就是调用hasQueuedPredecessors()方法// hasQueuedPredecessors方法返回true，表示等待线程队列中有一个线程在当前线程之前，// 根据公平锁的规则，当前线程不能获取锁。protected final boolean tryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); // 获取锁的记录状态 int c = getState(); // 如果c==0表示当前锁是空闲的 if (c == 0) { if (!hasQueuedPredecessors() && compareAndSetState(0, acquires)) { setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } // 判断当前线程是不是独占锁的线程 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); // 更改锁的记录状态 setState(nextc); return true; } return false; }

2.1.3 acquireQueued方法

addWaiter方法已经在上面讲解了。acquireQueued方法作用就是获取锁，如果没有获取到，就让当前线程阻塞等待。

     /*** 想要获取锁的 acquire系列方法，都会这个方法来获取锁* 循环通过tryAcquire方法不断去获取锁，如果没有获取成功，* 就有可能调用parkAndCheckInterrupt方法，让当前线程阻塞* @param node 想要获取锁的节点* @param arg* @return 返回true，表示在线程等待的过程中，线程被中断了 */ final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { boolean failed = true; try { // 表示线程在等待过程中，是否被中断了 boolean interrupted = false; // 通过死循环，直到node节点的线程获取到锁，才返回 for (;;) { // 获取node的前一个节点 final Node p = node.predecessor(); // 如果前一个节点是队列头head，并且尝试获取锁成功 // 那么当前线程就不需要阻塞等待，继续执行 if (p == head && tryAcquire(arg)) { // 将节点node设置为新的队列头 setHead(node); // help GC p.next = null; // 不需要调用cancelAcquire方法 failed = false; return interrupted; } // 当p节点的状态是Node.SIGNAL时，就会调用parkAndCheckInterrupt方法，阻塞node线程 // node线程被阻塞，有两种方式唤醒， // 1.是在unparkSuccessor(Node node)方法，会唤醒被阻塞的node线程，返回false // 2.node线程被调用了interrupt方法，线程被唤醒，返回true // 在这里只是简单地将interrupted = true，没有跳出for的死循环，继续尝试获取锁 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { // failed为true，表示发生异常，非正常退出 // 则将node节点的状态设置成CANCELLED，表示node节点所在线程已取消，不需要唤醒了。 if (failed) cancelAcquire(node); } }

主要流程：

通过for (;;)死循环，直到node节点的线程获取到锁，才跳出循环。

获取node节点的前一个节点p。

当前一个节点p时CLH队列头节点时，调用tryAcquire方法尝试去获取锁，如果获取成功，就将节点node设置成CLH队列头节点(相当于移除节点node和之前的节点)然后return返回。
注意:只有当node节点的前一个节点是队列头节点时，才会尝试获取锁，所以获取锁是有顺序的，按照添加到CLH队列时的顺序。

调用shouldParkAfterFailedAcquire方法，来决定是否要阻塞当前线程。

调用parkAndCheckInterrupt方法，阻塞当前线程。

如果当前线程发生异常，非正常退出，那么会在finally模块中调用cancelAcquire(node)方法，取消当前节点状态。

注意：这里当尝试获取锁失败时，并没有立即阻塞当前线程，但是因为在for (;;)死循环里，会继续循环，方法不会返回。

2.1.4 shouldParkAfterFailedAcquire方法

这个方法的返回值决定是否要阻塞当前线程

    /*** 根据前一个节点pred的状态，来判断当前线程是否应该被阻塞* @param pred : node节点的前一个节点* @param node* @return 返回true 表示当前线程应该被阻塞，之后应该会调用parkAndCheckInterrupt方法来阻塞当前线程 */ private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) { int ws = pred.waitStatus; if (ws == Node.SIGNAL) // 如果前一个pred的状态是Node.SIGNAL，那么直接返回true，当前线程应该被阻塞 return true; if (ws > 0) { // 如果前一个节点状态是Node.CANCELLED(大于0就是CANCELLED)， // 表示前一个节点所在线程已经被唤醒了，要从CLH队列中移除CANCELLED的节点。 // 所以从pred节点一直向前查找直到找到不是CANCELLED状态的节点，并把它赋值给node.prev， // 表示node节点的前一个节点已经改变。 do { node.prev = pred = pred.prev; } while (pred.waitStatus > 0); pred.next = node; } else { // 此时前一个节点pred的状态只能是0或者PROPAGATE，不可能是CONDITION状态 // CONDITION(这个是特殊状态，只在condition列表中节点中存在，CLH队列中不存在这个状态的节点) // 将前一个节点pred的状态设置成Node.SIGNAL，这样在下一次循环时，就是直接阻塞当前线程 compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL); } return false; }

我们发现是根据前一个节点的状态，来决定是否阻塞当前线程。而前一个节点状态是在哪里改变的呢？惊奇地发现也是在这个方法中改变的。

如果前一个节点状态是Node.SIGNAL，那么直接返回true，阻塞当前线程

如果前一个节点状态是Node.CANCELLED(大于0就是CANCELLED)，表示前一个节点所在线程已经被唤醒了，要从CLH队列中移除CANCELLED的节点。所以从pred节点一直向前查找直到找到不是CANCELLED状态的节点。
并把它赋值给node.prev，表示node节点的前一个节点已经改变。在acquireQueued方法中进行下一次循环。

不是前面两种状态，那么就将前一个节点状态设置成Node.SIGNAL，表示需要阻塞当前线程，这样再下一次循环时，就会直接阻塞当前线程。

2.1.5 parkAndCheckInterrupt 方法

阻塞当前线程，线程被唤醒后返回当前线程中断状态

    /*** 阻塞当前线程，线程被唤醒后返回当前线程中断状态*/private final boolean parkAndCheckInterrupt() { // 通过LockSupport.park方法，阻塞当前线程 LockSupport.park(this); // 当前线程被唤醒后，返回当前线程中断状态 return Thread.interrupted(); }

通过LockSupport.park(this)阻塞当前线程。

2.1.6 cancelAcquire方法

将node节点的状态设置成CANCELLED，表示node节点所在线程已取消，不需要唤醒了。

    // 将node节点的状态设置成CANCELLED，表示node节点所在线程已取消，不需要唤醒了。private void cancelAcquire(Node node) { // 如果node为null，就直接返回 if (node == null) return; // node.thread = null; // 跳过那些已取消的节点，在队列中找到在node节点前面的第一次状态不是已取消的节点 Node pred = node.prev; while (pred.waitStatus > 0) node.prev = pred = pred.prev; // 记录pred原来的下一个节点，用于CAS函数更新时使用 Node predNext = pred.next; // Can use unconditional write instead of CAS here. // After this atomic step, other Nodes can skip past us. // Before, we are free of interference from other threads. // 将node节点状态设置为已取消Node.CANCELLED; node.waitStatus = Node.CANCELLED; // 如果node节点是队列尾节点，那么就将pred节点设置为新的队列尾节点 if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) { // 并且设置pred节点的下一个节点next为null compareAndSetNext(pred, predNext, null); } else { // If successor needs signal, try to set pred's next-link // so it will get one. Otherwise wake it up to propagate. int ws; if (pred != head && ((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL || (ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) && pred.thread != null) { Node next = node.next; if (next != null && next.waitStatus <= 0) compareAndSetNext(pred, predNext, next); } else { unparkSuccessor(node); } node.next = node; // help GC } }

2.1.7 小结

tryAcquire方法尝试获取独占锁，由子类实现

acquireQueued方法，方法内采用for死循环，先调用tryAcquire方法，尝试获取锁，如果成功，则跳出循环方法返回。如果失败，就可能阻塞当前线程。当别的线程锁释放的时候，可能会唤醒这个线程，然后再次进行循环判断，调用tryAcquire方法，尝试获取锁。

如果发生异常，该线程被唤醒，所以要取消节点node的状态，因为节点node所在线程不是在阻塞状态了。

注：还有其他获取独占锁的方法，例如doAcquireInterruptibly、doAcquireNanos都在文章最后的源码解析中，这里就不做解析了，具体原理都差不多。

2.2 释放独占锁的方法

2.2.1 release方法

    // 在独占锁模式下，释放锁的操作public final boolean release(int arg) { // 调用tryRelease方法，尝试去释放锁，由子类具体实现 if (tryRelease(arg)) { Node h = head; // 如果队列头节点的状态不是0，那么队列中就可能存在需要唤醒的等待节点。 // 还记得我们在acquireQueued(final Node node, int arg)获取锁的方法中，如果节点node没有获取到锁， // 那么我们会将节点node的前一个节点状态设置为Node.SIGNAL，然后调用parkAndCheckInterrupt方法 // 将节点node所在线程阻塞。 // 在这里就是通过unparkSuccessor方法，进而调用LockSupport.unpark(s.thread)方法，唤醒被阻塞的线程 if (h != null && h.waitStatus != 0) unparkSuccessor(h); return true; } return false; }

调用tryRelease方法释放锁资源，返回true表示锁资源完全释放了，返回false表示还持有锁资源。

如果锁资源完全被释放了，就要唤醒等待锁资源的线程。调用unparkSuccessor方法唤醒一个等待线程
注：CLH队列头节点h为null，表示队列为空，没有节点。节点h的状态是0，表示没有CLH队列中没有被阻塞的线程。

2.2.2 tryRelease方法

     // 尝试去释放当前线程持有的独占锁，立即返回。如果返回true表示释放锁成功protected boolean tryRelease(int arg) { throw new UnsupportedOperationException(); }

如果子类想实现独占锁，则必须重写这个方法，否则抛出异常。作用是释放当前线程持有的锁，返回true表示已经完全释放锁资源，返回false，表示还持有锁资源。

注：对于独占锁来说，同一时间只能有一个线程持有这个锁，但是这个线程可以重复地获取锁，因为被锁住的模块，再次进入另一个被这个锁锁住的模块，是允许的。这个就做可重入性，所以对于可重入的锁释放操作，也需要多次。

下面是ReentrantLock中Sync的tryRelease方法实现

   protected final boolean tryRelease(int releases) { // c表示新的锁的记录状态 int c = getState() - releases; // 如果当前线程不是独占锁的线程，就抛出IllegalMonitorStateException异常 if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) throw new IllegalMonitorStateException(); // 标志是否可以释放锁 boolean free = false; // 当新的锁的记录状态为0时，表示可以释放锁 if (c == 0) { free = true; // 设置独占锁的线程为null setExclusiveOwnerThread(null); } setState(c); return free; }

2.2.3 unparkSuccessor方法

   // 唤醒node节点的下一个非取消状态的节点所在线程(即waitStatus<=0)private void unparkSuccessor(Node node) { // 获取node节点的状态 int ws = node.waitStatus; // 如果小于0，就将状态重新设置为0，表示这个node节点已经完成了 if (ws < 0) compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); // 下一个节点 Node s = node.next; // 如果下一个节点为null，或者状态是已取消，那么就要寻找下一个非取消状态的节点 if (s == null || s.waitStatus > 0) { // 先将s设置为null，s不是非取消状态的节点 s = null; // 从队列尾向前遍历，直到遍历到node节点 for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) // 因为是从后向前遍历，所以不断覆盖找到的值，这样才能得到node节点后下一个非取消状态的节点 if (t.waitStatus <= 0) s = t; } // 如果s不为null，表示存在非取消状态的节点。那么调用LockSupport.unpark方法，唤醒这个节点的线程 if (s != null) LockSupport.unpark(s.thread); }

这个方法的作用是唤醒node节点的下一个非取消状态的节点所在线程。

将node节点的状态设置为0

寻找到下一个非取消状态的节点s

如果节点s不为null，则调用LockSupport.unpark(s.thread)方法唤醒s所在线程。
注：唤醒线程也是有顺序的，就是添加到CLH队列线程的顺序。

2.2.4 小结

调用tryRelease方法去释放当前持有的锁资源。

如果完全释放了锁资源，那么就调用unparkSuccessor方法，去唤醒一个等待锁的线程。

三. 共享锁

共享锁与独占锁相比，共享锁可能被多个线程共同持有

3.1 获取共享锁的方法

3.1.1 acquireShared方法

    // 获取共享锁public final void acquireShared(int arg) { // 尝试去获取共享锁，如果返回值小于0表示获取共享锁失败 if (tryAcquireShared(arg) < 0) // 调用doAcquireShared方法去获取共享锁 doAcquireShared(arg); }

调用tryAcquireShared方法尝试获取共享锁，如果返回值小于0表示获取共享锁失败.则继续调用doAcquireShared方法获取共享锁。

3.1.2 tryAcquireShared方法

     // 尝试去获取共享锁，立即返回。返回值大于等于0，表示获取共享锁成功protected int tryAcquireShared(int arg) { throw new UnsupportedOperationException(); }

如果子类想实现共享锁，则必须重写这个方法，否则抛出异常。作用是尝试获取共享锁，返回值大于等于0，表示获取共享锁成功。

下面是ReentrantReadWriteLock中Sync的tryReleaseShared方法实现,这个我们会在ReentrantReadWriteLock章节中重点介绍的。

      protected final boolean tryReleaseShared(int unused) { Thread current = Thread.currentThread(); // 当前线程是第一个获取读锁(共享锁)的线程 if (firstReader == current) { // 将firstReaderHoldCount减一，如果就是1，那么表示该线程需要释放读锁(共享锁)， // 将firstReader设置为null if (firstReaderHoldCount == 1) firstReader = null; else firstReaderHoldCount--; } else { HoldCounter rh = cachedHoldCounter; // 获取当前线程的HoldCounter变量 if (rh == null || rh.tid != getThreadId(current)) rh = readHolds.get(); // 将rh变量的count减一， int count = rh.count; if (count <= 1) { readHolds.remove(); // count <= 0表示当前线程就没有获取到读锁(共享锁)，这里释放就抛出异常。 if (count <= 0) throw unmatchedUnlockException(); } --rh.count; } for (;;) { int c = getState(); // 因为读锁是利用高16位储存的，低16位的数据是要屏蔽的， // 所以这里减去SHARED_UNIT(65536)，相当于减一 // 表示一个读锁已经释放 int nextc = c - SHARED_UNIT; // 利用CAS函数重新设置state值 if (compareAndSetState(c, nextc)) return nextc == 0; } }

3.1.3 doAcquireShared方法

    /*** 获取共享锁，获取失败，则会阻塞当前线程，直到获取共享锁返回* @param arg the acquire argument*/private void doAcquireShared(int arg) { // 为当前线程创建共享锁节点node final Node node = addWaiter(Node.SHARED); boolean failed = true; try { boolean interrupted = false; for (;;) { final Node p = node.predecessor(); // 如果节点node前一个节点是同步队列头节点。就会调用tryAcquireShared方法尝试获取共享锁 if (p == head) { int r = tryAcquireShared(arg); // 如果返回值大于0，表示获取共享锁成功 if (r >= 0) { setHeadAndPropagate(node, r); p.next = null; // help GC if (interrupted) selfInterrupt(); failed = false; return; } } // 如果节点p的状态是Node.SIGNAL，就是调用parkAndCheckInterrupt方法阻塞当前线程 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt()) interrupted = true; } } finally { // failed为true，表示发生异常， // 则将node节点的状态设置成CANCELLED，表示node节点所在线程已取消，不需要唤醒了 if (failed) cancelAcquire(node); } }

这个方法与独占锁的acquireQueued方法相比较，不同的有三点：

doAcquireShared方法，调用addWaiter(Node.SHARED)方法，为当前线程创建一个共享模式的节点node。而acquireQueued方法是由外部传递来的。

doAcquireShared方法没有返回值，acquireQueued方法会返回布尔类型的值，是当前线程中断标志位值

最大的区别是重新设置CLH队列头的方法不一样。doAcquireShared方法调用setHeadAndPropagate方法，而acquireQueued方法调用setHead方法。

3.1.4 setHeadAndPropagate方法

     // 重新设置CLH队列头，如果CLH队列头的下一个节点为null或者共享模式，// 那么就要唤醒共享锁上等待的线程private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) { Node h = head; // 设置新的同步队列头head setHead(node); // 如果propagate大于0， if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 || (h = head) == null || h.waitStatus < 0) { // 获取新的CLH队列头的下一个节点s Node s = node.next; // 如果节点s是空或者共享模式节点，那么就要唤醒共享锁上等待的线程 if (s == null || s.isShared()) doReleaseShared(); } }

3.2 释放共享锁的方法

3.2.1 releaseShared方法

     // 释放共享锁public final boolean releaseShared(int arg) { // 尝试释放共享锁 if (tryReleaseShared(arg)) { // 唤醒等待共享锁的线程 doReleaseShared(); return true; } return false; }

3.2.2 tryReleaseShared方法

     // 尝试去释放共享锁protected boolean tryReleaseShared(int arg) { throw new UnsupportedOperationException(); }

如果子类想实现共享锁，则必须重写这个方法，否则抛出异常。作用是释放当前线程持有的锁，返回true表示已经完全释放锁资源，返回false，表示还持有锁资源。

3.2.3 doReleaseShared方法

     // 会唤醒等待共享锁的线程private void doReleaseShared() { for (;;) { // 将同步队列头赋值给节点h Node h = head; // 如果节点h不为null，且不等于同步队列尾 if (h != null && h != tail) { // 得到节点h的状态 int ws = h.waitStatus; // 如果状态是Node.SIGNAL，就要唤醒节点h后继节点的线程 if (ws == Node.SIGNAL) { // 将节点h的状态设置成0，如果设置失败，就继续循环，再试一次。 if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) continue; // loop to recheck cases // 唤醒节点h后继节点的线程 unparkSuccessor(h); } // 如果节点h的状态是0，就设置ws的状态是PROPAGATE。 else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) continue; // loop on failed CAS } // 如果同步队列头head节点发生改变，继续循环， // 如果没有改变，就跳出循环 if (h == head) break; } }

四. Condition条件

Condition是为了实现线程之间相互等待的问题。注意Condition对象只能在独占锁中才能使用。

考虑一下情况，有两个线程，生产者线程，消费者线程。当消费者线程消费东西时，发现没有东西，这时它就要等待，让生产者线程生产东西后，在通知它消费。
因为操作的是同一个资源，所以要加锁，防止多线程冲突。而锁在同一时间只能有一个线程持有，所以消费者在让线程等待前，必须释放锁，且唤醒另一个等待锁的线程。
那么在AQS中Condition条件又是如何实现的呢？

首先内部存在一个Condition队列，存储着所有在此Condition条件等待的线程。

await系列方法：让当前持有锁的线程释放锁，并唤醒一个在CLH队列上等待锁的线程，再为当前线程创建一个node节点，插入到Condition队列(注意不是插入到CLH队列中)

signal系列方法：其实这里没有唤醒任何线程，而是将Condition队列上的等待节点插入到CLH队列中，所以当持有锁的线程执行完毕释放锁时，就会唤醒CLH队列中的一个线程，这个时候才会唤醒线程。

4.1 await系列方法

4.1.1 await方法

     /*** 让当前持有锁的线程阻塞等待，并释放锁。如果有中断请求，则抛出InterruptedException异常* @throws InterruptedException*/public final void await() throws InterruptedException { // 如果当前线程中断标志位是true，就抛出InterruptedException异常 if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); // 为当前线程创建新的Node节点，并且将这个节点插入到Condition队列中了 Node node = addConditionWaiter(); // 释放当前线程占有的锁，并唤醒CLH队列一个等待线程 int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = 0; // 如果节点node不在同步队列中(注意不是Condition队列) while (!isOnSyncQueue(node)) { // 阻塞当前线程,那么怎么唤醒这个线程呢？ // 首先我们必须调用signal或者signalAll将这个节点node加入到同步队列。 // 只有这样unparkSuccessor(Node node)方法，才有可能唤醒被阻塞的线程 LockSupport.park(this); // 如果当前线程产生中断请求，就跳出循环 if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) break; } // 如果节点node已经在同步队列中了，获取同步锁，只有得到锁才能继续执行，否则线程继续阻塞等待 if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) interruptMode = REINTERRUPT; // 清除Condition队列中状态不是Node.CONDITION的节点 if (node.nextWaiter != null) unlinkCancelledWaiters(); // 是否要抛出异常，或者发出中断请求 if (interruptMode != 0) reportInterruptAfterWait(interruptMode); }

方法流程：

addConditionWaiter方法：为当前线程创建新的Node节点，并且将这个节点插入到Condition队列中了

fullyRelease方法：释放当前线程占有的锁，并唤醒CLH队列一个等待线程

isOnSyncQueue 方法：如果返回false，表示节点node不在CLH队列中，即没有调用过 signal系列方法，所以调用LockSupport.park(this)方法阻塞当前线程。

如果跳出while循环，表示节点node已经在CLH队列中，那么调用acquireQueued方法去获取锁。

清除Condition队列中状态不是Node.CONDITION的节点

4.1.2 addConditionWaiter方法

为当前线程创建新的Node节点，并且将这个节点插入到Condition队列中了

    private Node addConditionWaiter() { Node t = lastWaiter; // 如果Condition队列尾节点的状态不是Node.CONDITION if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) { // 清除Condition队列中，状态不是Node.CONDITION的节点， // 并且可能会重新设置firstWaiter和lastWaiter unlinkCancelledWaiters(); // 重新将Condition队列尾赋值给t t = lastWaiter; } // 为当前线程创建一个状态为Node.CONDITION的节点 Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION); // 如果t为null，表示Condition队列为空，将node节点赋值给链表头 if (t == null) firstWaiter = node; else // 将新节点node插入到Condition队列尾 t.nextWaiter = node; // 将新节点node设置为新的Condition队列尾 lastWaiter = node; return node; }

4.1.3 fullyRelease方法

释放当前线程占有的锁，并唤醒CLH队列一个等待线程

    /*** 释放当前线程占有的锁，并唤醒CLH队列一个等待线程* 如果失败就抛出异常，设置node节点的状态是Node.CANCELLED* @return*/final int fullyRelease(Node node) { boolean failed = true; try { int savedState = getState(); // 释放当前线程占有的锁 if (release(savedState)) { failed = false; return savedState; } else { throw new IllegalMonitorStateException(); } } finally { if (failed) node.waitStatus = Node.CANCELLED; } }

4.1.4 isOnSyncQueue

节点node是不是在CLH队列中

    // 节点node是不是在CLH队列中final boolean isOnSyncQueue(Node node) { // 如果node的状态是Node.CONDITION，或者node没有前一个节点prev， // 那么返回false，节点node不在同步队列中 if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null) return false; // 如果node有下一个节点next，那么它一定在同步队列中 if (node.next != null) // If has successor, it must be on queue return true; // 从同步队列中查找节点node return findNodeFromTail(node); } // 在同步队列中从后向前查找节点node，如果找到返回true，否则返回false private boolean findNodeFromTail(Node node) { Node t = tail; for (;;) { if (t == node) return true; if (t == null) return false; t = t.prev; } }

4.1.5 acquireQueued方法

获取独占锁，这个在独占锁章节已经说过

4.1.6 unlinkCancelledWaiters 方法

清除Condition队列中状态不是Node.CONDITION的节点

    private void unlinkCancelledWaiters() { // condition队列头赋值给t Node t = firstWaiter; // 这个trail节点，只是起辅助作用 Node trail = null; while (t != null) { //得到下一个节点next。当节点是condition时候，nextWaiter表示condition队列的下一个节点 Node next = t.nextWaiter; // 如果节点t的状态不是CONDITION，那么该节点就要从condition队列中移除 if (t.waitStatus != Node.CONDITION) { // 将节点t的nextWaiter设置为null t.nextWaiter = null; // 如果trail为null，表示原先的condition队列头节点实效，需要设置新的condition队列头 if (trail == null) firstWaiter = next; else // 将节点t从condition队列中移除，因为改变了引用的指向，从condition队列中已经找不到节点t了 trail.nextWaiter = next; // 如果next为null，表示原先的condition队列尾节点也实效，重新设置队列尾节点 if (next == null) lastWaiter = trail; } else // 遍历到的有效节点 trail = t; // 将next赋值给t，遍历完整个condition队列 t = next; } }

4.1.7 reportInterruptAfterWait方法

    /*** 如果interruptMode是THROW_IE，就抛出InterruptedException异常* 如果interruptMode是REINTERRUPT，则当前线程再发出中断请求* 否则就什么都不做*/private void reportInterruptAfterWait(int interruptMode) throws InterruptedException { if (interruptMode == THROW_IE) throw new InterruptedException(); else if (interruptMode == REINTERRUPT) selfInterrupt(); }

4.2 signal系列方法

4.2.1 signal方法

       // 如果condition队列不为空，将condition队列头节点插入到同步队列中public final void signal() { // 如果当前线程不是独占锁线程，就抛出IllegalMonitorStateException异常 if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); // 将Condition队列头赋值给节点first Node first = firstWaiter; if (first != null) // 将Condition队列中的first节点插入到CLH队列中 doSignal(first); }

如果condition队列不为空，就调用doSignal方法将condition队列头节点插入到CLH队列中。

4.2.2 doSignal方法

        // 将Condition队列中的first节点插入到CLH队列中private void doSignal(Node first) { do { // 原先的Condition队列头节点取消，所以重新赋值Condition队列头节点 // 如果新的Condition队列头节点为null，表示Condition队列为空了 // ，所以也要设置Condition队列尾lastWaiter为null if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null) lastWaiter = null; // 取消first节点nextWaiter引用 first.nextWaiter = null; } while (!transferForSignal(first) && (first = firstWaiter) != null); }

为什么使用while循环，因为只有是Node.CONDITION状态的节点才能插入CLH队列，如果不是这个状态，那么循环Condition队列下一个节点。

4.2.3 transferForSignal方法

      // 返回true表示节点node插入到同步队列中，返回false表示节点node没有插入到同步队列中final boolean transferForSignal(Node node) { // 如果节点node的状态不是Node.CONDITION，或者更新状态失败， // 说明该node节点已经插入到同步队列中，所以直接返回false if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) return false; // 将节点node插入到同步队列中，p是原先同步队列尾节点，也是node节点的前一个节点 Node p = enq(node); int ws = p.waitStatus; // 如果前一个节点是已取消状态，或者不能将它设置成Node.SIGNAL状态。 // 就说明节点p之后也不会发起唤醒下一个node节点线程的操作， // 所以这里直接调用 LockSupport.unpark(node.thread)方法，唤醒节点node所在线程 if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL)) LockSupport.unpark(node.thread); return true; }

状态不是 Node.CONDITION的节点，是不能从Condition队列中插入到CLH队列中。直接返回false

调用enq方法，将节点node插入到同步队列中，p是原先同步队列尾节点，也是node节点的前一个节点

如果前一个节点是已取消状态，或者不能将它设置成Node.SIGNAL状态。那么就要LockSupport.unpark(node.thread)方法唤醒node节点所在线程。

4.2.4 signalAll 方法

     // 将condition队列中所有的节点都插入到同步队列中public final void signalAll() { if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); Node first = firstWaiter; if (first != null) doSignalAll(first); }

4.2.5 doSignalAll方法

    /*** 将condition队列中所有的节点都插入到同步队列中* @param first condition队列头节点*/private void doSignalAll(Node first) { // 表示将condition队列设置为空 lastWaiter = firstWaiter = null; do { // 得到condition队列的下一个节点 Node next = first.nextWaiter; first.nextWaiter = null; // 将节点first插入到同步队列中 transferForSignal(first); first = next; // 循环遍历condition队列中所有的节点 } while (first != null); }

循环遍历整个condition队列，调用transferForSignal方法，将节点插入到CLH队列中。

4.3 小结

Condition只能使用在独占锁中。它内部有一个Condition队列记录所有在Condition条件等待的线程(即就是调用await系列方法后等待的线程).
await系列方法：会让当前线程释放持有的锁，并唤醒在CLH队列上的一个等待锁的线程，再将当前线程插入到Condition队列中(注意不是CLH队列)
signal系列方法：并不是唤醒线程，而是将Condition队列中的节点插入到CLH队列中。

总结

使用AQS类来实现独占锁和共享锁：

内部有一个CLH队列，用来记录所有等待锁的线程

通过 acquire系列方法用来获取独占锁，获取失败，则阻塞当前线程

通过release方法用来释放独占锁，释放成功，则会唤醒一个等待独占锁的线程。

通过acquireShared系列方法用来获取共享锁。

通过releaseShared方法用来释放共享锁。

通过Condition来实现线程之间相互等待的。

示例

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;// 实现一个可重入的独占锁， 必须复写tryAcquire和tryRelease方法 class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { // 尝试获取独占锁， 利用锁的获取次数state属性 @Override protected boolean tryAcquire(int acquires) { final Thread current = Thread.currentThread(); // 获取锁的记录状态state int c = getState(); // 如果c==0表示当前锁是空闲的 if (c == 0) { // 通过CAS原子操作方式设置锁的状态，如果为true，表示当前线程获取的锁， // 为false，锁的状态被其他线程更改，当前线程获取的锁失败 if (compareAndSetState(0, acquires)) { // 设置当前线程为独占锁的线程 setExclusiveOwnerThread(current); return true; } } // 判断当前线程是不是独占锁的线程，因为是可重入锁 else if (current == getExclusiveOwnerThread()) { int nextc = c + acquires; if (nextc < 0) throw new Error("Maximum lock count exceeded"); // 更改锁的记录状态 setState(nextc); return true; } return false; } // 释放持有的独占锁， 因为是可重入锁，所以只有当c等于0的时候，表示当前持有锁的完全释放了锁。 @Override protected boolean tryRelease(int releases) { // c表示新的锁的记录状态 int c = getState() - releases; // 如果当前线程不是独占锁的线程，就抛出IllegalMonitorStateException异常 if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) throw new IllegalMonitorStateException(); // 标志是否可以释放锁 boolean free = false; // 当新的锁的记录状态为0时，表示可以释放锁 if (c == 0) { free = true; // 设置独占锁的线程为null setExclusiveOwnerThread(null); } setState(c); return free; } } public class AQSTest { public static void newThread(Sync sync, String name, int time) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+" 开始运行，准备获取锁"); // 通过acquire方法，获取锁，如果没有获取到，就等待 sync.acquire(1); try { System.out.println("====线程"+Thread.currentThread().getName()+" 在run方法中获取了锁"); lockAgain(); try { Thread.sleep(time); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } finally { System.out.println("----线程"+Thread.currentThread().getName()+" 在run方法中释放了锁"); sync.release(1); } } private void lockAgain() { sync.acquire(1); try { System.out.println("====线程"+Thread.currentThread().getName()+" 在lockAgain方法中再次获取了锁"); try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } finally { System.out.println("----线程"+Thread.currentThread().getName()+" 在lockAgain方法中释放了锁"); sync.release(1); } } },name).start(); } public static void main(String[] args) { Sync sync = new Sync(); newThread(sync, "t1111", 1000); newThread(sync, "t2222", 1000); newThread(sync, "t3333", 1000); } }

利用AbstractQueuedSynchronizer简单实现一个可重入的独占锁。

要实现独占锁，必须重写tryAcquire和tryRelease方法。否则在获取锁和释放锁的时候，会抛出异常。

直接的调用AQS类的acquire(1)和release(1)方法获取锁和释放锁。

输出结果是

线程t1111 开始运行，准备获取锁
====线程t1111 在run方法中获取了锁
====线程t1111  在lockAgain方法中再次获取了锁
线程t2222 开始运行，准备获取锁
线程t3333 开始运行，准备获取锁
----线程t1111 在lockAgain方法中释放了锁
----线程t1111 在run方法中释放了锁
====线程t2222 在run方法中获取了锁
====线程t2222  在lockAgain方法中再次获取了锁
----线程t2222 在lockAgain方法中释放了锁
----线程t2222 在run方法中释放了锁
====线程t3333 在run方法中获取了锁
====线程t3333  在lockAgain方法中再次获取了锁
----线程t3333 在lockAgain方法中释放了锁
----线程t3333 在run方法中释放了锁

附录

     package java.util.concurrent.locks;import sun.misc.Unsafe;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection; import java.util.Date; import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.TimeUnit; public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer implements java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID = 7373984972572414691L; protected AbstractQueuedSynchronizer() { } static final class Node { // 共享模式的标记 static final Node SHARED = new Node(); // 独占模式的标记 static final Node EXCLUSIVE = null; // waitStatus变量的值，标志着线程被取消 static final int CANCELLED = 1; // waitStatus变量的值，标志着后继线程(即队列中此节点之后的节点)需要被阻塞.(用于独占锁) static final int SIGNAL = -1; // waitStatus变量的值，标志着线程在Condition条件上等待阻塞.(用于Condition的await等待) static final int CONDITION = -2; // waitStatus变量的值，标志着下一个acquireShared方法线程应该被允许。(用于共享锁) static final int PROPAGATE = -3; // 标记着当前节点的状态，默认状态是0, 小于0的状态都是有特殊作用，大于0的状态表示已取消 volatile int waitStatus; // prev和next实现一个双向链表 volatile Node prev; volatile Node next; // 该节点拥有的线程 volatile Thread thread; // 可能有两种作用：1. 表示下一个在Condition条件上等待的节点 // 2. 表示是共享模式或者独占模式，注意第一种情况节点一定是共享模式 Node nextWaiter; // 是不是共享模式 final boolean isShared() { return nextWaiter == SHARED; } // 返回前一个节点prev，如果为null，则抛出NullPointerException异常 final Node predecessor() throws NullPointerException { Node p = prev; if (p == null) throw new NullPointerException(); else return p; } // 用于创建链表头head，或者共享模式SHARED Node() { } // 使用在addWaiter方法中 Node(Thread thread, Node mode) { this.nextWaiter = mode; this.thread = thread; } // 使用在Condition条件中 Node(Thread thread, int waitStatus) { this.waitStatus = waitStatus; this.thread = thread; } } // CLH队列头 private transient volatile Node head; // CLH队列尾 private transient volatile Node tail; // 用来记录当前锁被获取的次数，当state==0，表示还没有被任何线程获取 private volatile int state; protected final int getState() { return state; } protected final void setState(int newState) { state = newState; } // 采用CAS函数。比较并交换函数，它是原子操作函数；即，通过CAS操作的数据都是以原子方式进行的 protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) { return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update); } // Queuing utilities static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L; // 向队列尾插入新节点，如果队列没有初始化，就先初始化。返回原先的队列尾节点 private Node enq(final Node node) { for (;;) { Node t = tail; // t为null，表示队列为空，先初始化队列 if (t == null) { // 采用CAS函数即原子操作方式，设置队列头head值。 // 如果成功，再将head值赋值给链表尾tail。如果失败，表示head值已经被其他线程，那么就进入循环下一次 if (compareAndSetHead(new Node())) tail = head; } else { // 新添加的node节点的前一个节点prev指向原来的队列尾tail node.prev = t; // 采用CAS函数即原子操作方式，设置新队列尾tail值。 if (compareAndSetTail(t, node)) { // 设置老的队列尾tail的下一个节点next指向新添加的节点node t.next = node; return t; } } } } // 通过给定的模式mode(独占或者共享)为当前线程创建新节点，并插入队列中 private Node addWaiter(Node mode) { // 为当前线程创建新的节点 Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode); Node pred = tail; // 如果队列已经创建，就将新节点插入队列尾。 if (pred != null) { node.prev = pred; if (compareAndSetTail(pred, node)) { pred.next = node; return node; } } // 如果队列没有创建，通过enq方法创建队列，并插入新的节点。 enq(node); return node; } // 重新设置队列头head，它只在acquire系列的方法中调用 private void setHead(Node node) { head = node; // 线程也没有意义了，因为该线程已经获取到锁了 node.thread = null; // 前一个节点已经没有意义了 node.prev = null; } // 唤醒node节点的下一个非取消状态的节点所在线程(即waitStatus<=0) private void unparkSuccessor(Node node) { // 获取node节点的状态 int ws = node.waitStatus; // 如果小于0，就将状态重新设置为0，表示这个node节点已经完成了 if (ws < 0) compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); // 下一个节点 Node s = node.next; // 如果下一个节点为null，或者状态是已取消，那么就要寻找下一个非取消状态的节点 if (s == null || s.waitStatus > 0) { // 先将s设置为null，s不是非取消状态的节点 s = null; // 从队列尾向前遍历，直到遍历到node节点 for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) // 因为是从后向前遍历，所以不断覆盖找到的值，这样才能得到node节点后下一个非取消状态的节点 if (t.waitStatus <= 0) s = t; } // 如果s不为null，表示存在非取消状态的节点。那么调用LockSupport.unpark方法，唤醒这个节点的线程 if (s != null) LockSupport.unpark(s.thread); } // 会唤醒等待共享锁的线程 private void doReleaseShared() { for (;;) { // 将同步队列头赋值给节点h Node h = head; // 如果节点h不为null，且不等于同步队列尾 if (h != null && h != tail) { // 得到节点h的状态 int ws = h.waitStatus; // 如果状态是Node.SIGNAL，就要唤醒节点h后继节点的线程 if (ws == Node.SIGNAL) { // 将节点h的状态设置成0，如果设置失败，就继续循环，再试一次。 if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) continue; // loop to recheck cases // 唤醒节点h后继节点的线程 unparkSuccessor(h); } // 如果节点h的状态是0，就设置ws的状态是PROPAGATE。 else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) continue; // loop on failed CAS } // 如果同步队列头head节点发生改变，继续循环， // 如果没有改变，就跳出循环 if (h == head) break; } } // 重新设置CLH队列头，如果CLH队列头的下一个节点为null或者共享模式， // 那么就要唤醒共享锁上等待的线程

转载于:https://www.cnblogs.com/sidesky/p/11053871.html