AbstractQueuedSynchronizer的简单分析

时间:2021-03-02 07:22:34

说明:本作者是文章的原创作者,转载请注明出处:本文地址:http://www.cnblogs.com/qm-article/p/7955781.html

一、AbstractQueuedSynchronizer介绍

AbstractQueuedSynchronizer(以下简称AQS),它提供了一套完整的同步框架,比如常用的ReentrantLock、countdownLatch等一些类都继承了该抽像类,像之前博文中的线程池里也有它的是实现类,它的实现类如下

AbstractQueuedSynchronizer的简单分析

二、LockSupport

在分析AQS之前,先简单的了解下LockSupport这个类,先看看API文档的解释

AbstractQueuedSynchronizer的简单分析

先介绍这个类里的2个核心静态方法

1、park,使用LockSupport.park会阻塞当前线程,其作用类似于Object的wait方法。

2、unpark  该方法的的参数是Thread,使用LockSupport.unpark(thread),会给thread线程一个许可证(也可以理解为通行证),作用类似于notify方法

上述两个方法与Object的wait和notify类似,但也有不同之处,首先park和unpark不会抛异常,二、park与unpark的使用位置可以颠倒,这么说吧,我们在使用wait和notify,一般都是一个线程先wait,之后由notify去唤醒,然而park和unpark不一样,当某个线程执行park方法时,会查看有没有许可证,没有则阻塞,有则通,在执行unpark方法时,会向该参数的线程办法一个许可证,之后那个线程就拥有许可证,当遇到park方法时不会阻塞。当然如果某线程事先已经获取了许可证(即执行了unpark方法,参数为该线程),那么当该线程再次执行park方法时却不会阻塞,下面看这个类的示例代码

   public class TestLockSupport {

     public static void main(String[] args) {
Thread threadA = new Thread(new Runnable() { @Override
public void run() {
System.out.println("执行park方法前-------");//----1----
//执行下面方法后threadA线程会阻塞
LockSupport.park();
System.out.println("执行park方法后-------");
}
}); Thread threadB = new Thread(new Runnable() { @Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("执行unpark方法前-------");//----2----
//给threadA颁发一个许可证
LockSupport.unpark(threadA);
try {
Thread.sleep(1000);//这个作用是为了更好的演示
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
System.out.println("执行unpark方法后-------");
}
}); threadA.start();
threadB.start();
}
}

执行结果如下(结果并不唯一)

执行park方法前-------
执行unpark方法前-------
执行park方法后-------
执行unpark方法后-------

值得注意的是,一个线程只能拥有一个许可证,简单的说就是当线程A内执行n(n>1)个park方法,你在线程B内也执行n个unpark(线程A),按照正常理解,线程A内不会阻塞,但不巧的是,它阻塞了,示例代码如下

      public static void main(String[] args) {
Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("执行park方法前-------");//----1----
LockSupport.park();
LockSupport.park();
System.out.println("执行park方法后-------");
}
}); Thread threadB = new Thread(new Runnable() { @Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("执行unpark方法前-------");//----2----
LockSupport.unpark(threadA);
LockSupport.unpark(threadA);
System.out.println("执行unpark方法后-------");
}
}); threadA.start();
threadB.start();
}

这个无论执行多少次,那句   "执行Park方法后----",不会执行,因为被阻塞了

根据这个类的特性表明也可以用来控制线程的执行顺序

这个类的其他方法介绍如下

AbstractQueuedSynchronizer的简单分析

三、AQS的源码简单分析

一、执行流程简述

AQS它的整体流程分为获取锁和释放锁这两个主要流程

1、获取锁的过程:当执行acquire(int)方法时,会以独占模式去获取资源,当获取锁资源成功时,则进入临界区,等待线程调度执行,若失败,则会进入一个队列                                          中,等待被唤醒出队操作

2、释放锁的过程:在执行release(int)方法时,会去释放锁的资源,如果没有其他线程在等待锁资源(即获取锁资源),则释放完成,若有,则去唤醒队列中的头结点

二、 内部类Node类简述

          //表明线程被取消了
static final int CANCELLED = 1;
/** waitStatus value to indicate successor's thread needs unparking 意思是,这个值代表着这个node节点的后继节点需要被唤醒*/
static final int SIGNAL = -1;
/** waitStatus value to indicate thread is waiting on condition 意思是,该值代表线程在等待一个条件*/
static final int CONDITION = -2;
/**
* waitStatus value to indicate the next acquireShared should 大致意思是,该值表明下一个需要被分享的节点应该无条件被分享
* unconditionally propagate
*/
static final int PROPAGATE = -3;

三、源码分析

  3.1获取锁过程分析

    在了解acquire(int)方法前,先来了解其内部要用到的两个方法tryAcquire(int)和acquireQueued(Node,int)

  1、tryAcquire(int)源码如下,它的作用就是尝试去获取锁资源,获取成功,则返回true,获取失败返回true

  protected boolean tryAcquire(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}

咦,怎么会抛异常,是的你没看错,这是AQS内部的tryAcquire(int)方法,因为该类是个抽象类,当继承该类时,要去重写tryAcquire(int)方法,至于它为啥不去弄一个个抽象方法,这个还真不知道!!!它需要AQS子类去自行实现获取锁资源的代码,关于它的某个实现,你也可以去看看前面一片博文的介绍

<ThreadPoolExecutor的分析(二)>中的worker类。

2、acquireQueued(Node,int)源码如下

      final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true; //失败标志
try {
boolean interrupted = false;//线程中断标志
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();//获取node的前一个节点
if (p == head && tryAcquire(arg)) {//若满足p是头结点,则尝试获取锁资源,
setHead(node);//将node设为头结点
p.next = null; // help GC
failed = false;//将失败标志标位false
return interrupted;
}//获取锁失败后,进行挂起操作
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)//进行失败的处理逻辑
cancelAcquire(node);
}
}

先来了解下acquire(int)方法,其源码如下 

  public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}

当执行该方法时,会先去调用tryAcquire(int)方法来尝试获取所资源,若成功,则进入临界区,若失败,则执行acquireQueued方法,当其返回true,则执行selfInterrupt方法,即中断当前线程。

addWaiter(node)分析

 private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
Node pred = tail;
4 //作用是将node节点置为tail节点
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {//执行成功表明node节点成功置为tail节点,若失败,可能是由其他的线程也在进行此操作,失败也不会在此一直等,会留到enq中等待
pred.next = node;
return node;
}
}
enq(node);//执行入队操作
return node;
}

enq(node)分析

 1       private Node enq(final Node node) {
2   //通过for循环来讲node节点置为tail节点,有那种不成功不回头的决心
3 for (;;) {
4 Node t = tail;
5 if (t == null) { // Must initialize
6           //初始化头结点
7 if (compareAndSetHead(new Node()))
8 tail = head;
9 } else {
10 node.prev = t;
11           //执行成功表明node节点成功置为tail节点,若失败,可能是由其他的线程也在进行此操作
12 if (compareAndSetTail(t, node)) {
13 t.next = node;
14 return t;
15 }
16 }
17 }
18 }

shouldParkAfterFailAcquire(node,node)

  private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL)
/*
* This node has already set status asking a release 当pred处于signal状态表这个节点请求释放
* to signal it, so it can safely park.可以将这个节点挂起
*/
return true;
if (ws > 0) {
/* 表明pred节点被取消了,然后通过do-while循环去找状态小于0的节点
* Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
* indicate retry.
*/
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
/* 到了这里,表名这个状态值一定为0或propagate,之后把状态值设为signal
*
*
*
*/
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);//
}
return false;
}

3.2,释放锁过程分析

一、前面也说到在执行释放的时候,会先去通过tryRelease(int)获取锁资源,若成功,则之后通过unparkSuccessor来进行具体的释放操作

其中tryRelease也是一个需要子类去实现的方法。

unparkSuccessor的源码如下

     private void unparkSuccessor(Node node) {
/* 如果node类中的的状态值是负数的话,(可能需要signal这个状态),
* 尝试清除。若等待的线程的状态值被改变的话,就会失败,否则成功
* If status is negative (i.e., possibly needing signal) try
* to clear in anticipation of signalling. It is OK if this
* fails or if status is changed by waiting thread.
*/
int ws = node.waitStatus;//获取node节点的状态值
if (ws < )//小于0,则表明该node节点状态不是CANCELLED
//尝试交换ws和0的值,成功则true,否则代表着有其他线程已经改变了该node的状态值
compareAndSetWaitStatus(node, ws, ); /* unpark方法会在该节点后续节点中执行,通常情况下,下一个节点中,如果
* 节点状态值时CANCELLED或者为null,那么就从tail节点向前找状态值不是
* CANCELLED的node节点
* Thread to unpark is held in successor, which is normally
* just the next node. But if cancelled or apparently null,
* traverse backwards from tail to find the actual
* non-cancelled successor.
*/
Node s = node.next;
if (s == null || s.waitStatus > ) {
s = null;
通过for循环来寻找靠近node(也可理解为head)节点的节点(后者是状态值不是CANCELLED的节点)
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= )
s = t;
}
if (s != null)//找到了就给该node节点的线程一个通行证
LockSupport.unpark(s.thread);
}

总结:以上就是AQS的源码解析,及涉及到的代码及相应的逻辑,当然上面的一些结论是很浅的一些。

(对于以上结论,是本人自己研究和结合网上的一些知识写出来的,仅供参考,若有不足之处,还请指出)