Java并发——AQS源码深度解析

一. AQS是什么？

  ASQ是AbstractQueuedSynchronizer的简称，它的类全限定名为：java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer. 后文中我们称之为同步器。
同步器是构建同步锁和其他同步组件的基础框架。它使用了一个int成员变量表示同步状态，通过内部的FIFO队列来完成资源的获取和线程的排队工作。
  同步器的主要使用方式是继承。子类继承同步器并实现它的抽象方式来管理同步状态。在实现的过程中，主要就是修改成员变量state的值。
同步器中提供了3个方法来操作state：

方法名	说明
getState()	获取变量state的当前值
setState(int newState)	设置state的值
compareAndSetState(int expect, int update)	通过CAS操作更新state的值

关于CAS操作网络上有很多精辟的博客，这里不再重复造轮子。

  要想理解同步器的工作原理，无非是彻底理解基于同步器中的锁的特征和获取锁与释放锁这两个过程与各自的使用方式。比如锁的模式有共享模式和独占模式；获取锁的方式有普通获取、可中断获取、可自旋获取等。

二.AQS内部结构

2.1 三个重要的属性

同步器内部最重要的的三个属性如下：

属性名	类型	修饰符	解释
state	int	volitile	同步状态。AQS所有的操作都是围绕着state变量展开的。
head	Node	volitile	指向FIFO队列的头部，除了初始化之外，只能通过setHead()方法设置。只有成功获取锁之后才能设置head
tail	Node	volitile	指向FIFO队列的尾部。除了初始化之外，只有在获取锁失败时，将线程构建成Node节点添加到FIFO队列尾部并重新设置tail指向的节点。

2.2重要的内部类——Node

  同步器的FIFO队列实际上是基于内部类Node构建的。
它的源码如下：

static final class Node {
   
        // 表示Node为共享模式
        static final Node SHARED = new Node();
        // 表示Node为独占模式
        static final Node EXCLUSIVE = null;

        // ws状态为 1，表示当前线程执行了取消竞争锁资源的操作。那么这个线程所在的Node节点将会从FIFO队列中剔除掉。
        // 另外，需要注意的是：ws状态只要CANCELLED会大于0，即：wd>0成立的话，说明当前线程只有执行取消竞争锁的操作这一种情况。
        static final int CANCELLED =  1;
        // wd状态为 -1，表示当前线程已经获取到了锁资源。
        static final int SIGNAL    = -1;
        // ws状态为-2，表示当前Node节点所在的线程获取到了锁，但是不满足condition，
        // 这种情况下，需要将当前Node节点从FIFO队列中移除，并添加到等待队列中。
        static final int CONDITION = -2;
        // ws状态为-3，只有在共享模式下才会存在此值。表示锁应该向下传播。
        static final int PROPAGATE = -3;

        // waitStatus状态就是上文中所说的ws，它的值只可能是以上5种情况外加0.
        // 当值为0时表示什么都不是。
        volatile int waitStatus;

        // 当前节点的前置节点
        volatile Node prev;

        // 当前节点的后继节点
        volatile Node next;

        // 当前节点所代表的线程
        volatile Thread thread;

       // 当存在Condition时，此值表示在condition队列下，此节点的后继等待节点。
       // 当不存在Conditon时，此值如果指向SHARED，则表示此节点是共享模式，如果指向EXCLUSIVE，即nextWaiter == null,则表示此节点是独占模式。
        Node nextWaiter;

        // 判断当前节点是否是共享模式
        final boolean isShared() {
   
            return nextWaiter == SHARED;
        }

        // 获取当前节点的前置节点
        final Node predecessor() throws NullPointerException {
   
            Node p = prev;
            if (p == null)
                throw new NullPointerException();
            else
                return p;
        }

        Node() {
       // Used to establish initial head or SHARED marker
        }

        // 构造方法，在addWaiter时调用此构造方法构建Node节点
        Node(Thread thread, Node mode) {
        // Used by addWaiter
            this.nextWaiter = mode;
            this.thread = thread;
        }

        // 构造方法，在使用Condition时调用此构造方法构建Node节点
        Node(Thread thread, int waitStatus) {
    // Used by Condition
            this.waitStatus = waitStatus;
            this.thread = thread;
        }
    }

2.3 重要的内部类——ConditionObject

  由于ConditionObject的源码太多，这里我们只挑最重要的来说。

2.3.1 重要的属性及说明

属性名称	类型	说明
firstWaiter	Node	同一condition下，指向等待队列的中的第一个Node
lastWaiter	Node	同一condition下，指向等待队列的中的最后一个Node

2.3.2 重要的方法及说明

方法名称	说明
await()	将当前线程挂起，直到其他线程调用了signal()或者signalAll()，或者是当前线程被中断
awai