标签：方式 wait wait方法 only bool unsafe 一次循环 api 中介
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。
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。
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。
// CLH队列头
private transient volatile Node head;
// CLH队列尾
private transient volatile Node tail;
/**
* 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。
/**
* 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
// 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。
// 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。
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。
/**
* 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();
}
}
// 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;
}
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。
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。
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。
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
}
}
- 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。
// 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。
// 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;
}
// 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。
- 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。
共享锁与独占锁相比，共享锁可能被多个线程共同持有
// 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。
// 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;
}
}
/**
* 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。
// 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();
}
}
// 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;
}
// 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。
// 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;
}
}
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。
/**
* 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
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;
}
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;
}
}
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;
}
}
获取独占锁，这个在独占锁章节已经说过
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;
}
}
/**
* 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();
}
// 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。
// 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。
// 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。
// 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);
}
/**
* 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。
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。
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。
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
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