Java 线程 — AbstractQueuedSynchronizer

锁

锁就是一种状态，比如互斥锁：同一时间只能有一个线程拥有，可以使用一个整型值来标志当前的状态

• 0：表示没有现成占有锁
• 1：表示锁已经被占用

AbstractQueuedSynchronizer

• 实现Java中锁的基础，提供了一系列模板方法，程序员可以继承该类作为内部类实现自定义同步语义。
• 通过一个整型变量state维护锁的同步状态
• 通过CAS保证同步状态state的修改是原子的

这个抽象类中使用了很多模板方法，在实现锁机制的时候可以调用这些模板方法：

模板方法里面调用了一些尚未实现、留给程序员实现的抽象方法：

独占式同步方法：

共享式同步方法：

独占式同步状态

同时只能有一个线程占有锁，独占式同步过程：

// 获取锁，可以在在lock方法中调用
public final void acquire(int arg) {
	// tryAcquire方法需要根据锁的功能自行实现
    // 获取锁失败的话执行addWaiter，Node.EXCLUSIVE表明当前node获取的是独占式的锁
    if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
        selfInterrupt();
}

// 因为获取锁失败，将当前node加入queue的最后一个节点tail
private Node addWaiter(Node mode) {
	// 新建的node是独占模式，不对waitStatus赋值，也就是默认为0
    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
    // Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
    Node pred = tail;
    // 如果队列不为空，则插入tail
    if (pred != null) {
        node.prev = pred;
        // 因为是独占式的锁，只会有一个线程修改tail，不要循环
        if (compareAndSetTail(pred, node)) {
            pred.next = node;
            return node;
        }
    }
    // 如果tail == null表示队列为空，调用enq入队
    enq(node);
    return node;
}

private Node enq(final Node node) {
    for (;;) {
        Node t = tail;
        // 因为在这个时候可能其他线程已经入队，队列可能不再为null
        // 如果依然为空，则初始化队列——新建一个node，并设为head=tail=newNode
        if (t == null) { // Must initialize
            if (compareAndSetHead(new Node()))
                tail = head;
        } else {
        	// 如果其他线程已经入过队，则正常设置tail
            node.prev = t;
            if (compareAndSetTail(t, node)) {
                t.next = node;
                return t;
            }
        }
    }
}

// 入队列之后进入自旋状态
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        // 不断循环尝试获取锁——自旋
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();	// 获取前一个node
            // 如果前一个node是head，则尝试获取锁，因为如果前一个是head说明head有可能已经释放锁，当前node可以尝试获取锁
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
            	// 如果获取成功则将当前node设为head
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            // 判断是否需要park
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

// 这个方法可以结合释放锁release（释放独占锁）和releaseShared（释放共享锁）来看，因为释放锁的时候会判断是否进行unpark操作
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
         * to signal it, so it can safely park.
         */
         // 前面一个节点是signal，表示前面一个节点释放锁的时候（release）一定会unpark，那么当前node可以park（因为一定会被unpark，保证不会被永久阻塞）
        return true;
    if (ws > 0) {
        /*
         * Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
         * indicate retry.
         */
         // 把已经是cancelled的node从队列中移除，不再进行获取锁
        do {
            node.prev = pred = pred.prev;
        } while (pred.waitStatus > 0);
        pred.next = node;
    } else {
        /*
         * waitStatus must be 0 or PROPAGATE.  Indicate that we
         * need a signal, but don't park yet.  Caller will need to
         * retry to make sure it cannot acquire before parking.
         */
        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
    }
    return false;
}

释放独占锁：

public final boolean release(int arg) {
    if (tryRelease(arg)) {
        Node h = head;
        // 独占锁的node.waitStatus默认是0，因为在初始化的时候不会对waitStatus赋值，如果不等于0，表示在加入队列的时候设置过waitStatus，设置为SIGNAL
        if (h != null && h.waitStatus != 0)
        	// 如果head的waitStatus是SIGNAL表示要唤醒阻塞的线程
            unparkSuccessor(h);
        return true;
    }
    return false;
}

共享式同步状态

可以同时有多个线程获得锁

重入锁

同一个线程重复获得锁

读写锁

读锁：共享锁

写锁：独占锁

LockSupport

调用Unsafe的方法，负责阻塞或者唤醒线程。相当于一个线程有一个许可，默认是被占用的，park会占用这个许可，unpark会分配这个许可，只要调用过至少一次unpark，那么再调用一次park线程会返回，不会被永久阻塞：

• 如果先调用park并且后面不会调用unpark，那么线程会被一直阻塞；
• 如果先调用unpark（至少一次），再调用park，那么线程立即返回，不会阻塞
• 如果先调用park（至少一次），再调用unpark，那么线程在调用unpark后返回，不会继续阻塞

所以unpark会给当前线程分配一个许可，如果之前调用过一次park或者后面调用一次park，那么线程不再继续阻塞，即：

• 一个线程只有一个许可
• unpark分配许可
• park占用许可
• 只有调用unpark的次数 >= 调用park的次数，线程才不会被永久阻塞

Condition

任意一个Java对象，都拥有一组Monitor方法（定义在Object上），包括：wait，notify等，与synchronized配合实现等待/通知模式

Lock和Condition结合也可以实现等待/通知模式