java中的锁之AbstractQueuedSynchronizer源码分析（一）

一、AbstractQueuedSynchronizer类介绍。

该抽象类有两个内部类，分别是静态不可继承的Node类和公有的ConditionObject类。AbstractQueuedSynchronizer的核心实现是一个双向队列，队列中的每一个元素是一个Node。Node是AbstractQueuedSynchronizer定义的一个内部类。每个Node有一个前向指针prev和一个后向指针、和这个Node关联的thread以及一个状态位。而AbstractQueuedSynchronizer 则维护了一个head节点和一个tail节点。AbstractQueuedSynchronizer的实现的队列是一种FIFO的队列，它保证位于队列前面的Node（其关联的线程），将总能第一个尝试去争用需要同步的资源。前面的Node（其关联的线程）在释放资源时，会去唤醒后继节点。

队列结构虽然简单，但是在涉及需要同步的场景中，会有多个线程同时使用这一个队列。每个线程均会尝试访问和修改队列的head和tail，并修改与自己关联的Node的prev和next指针，而每个Node又有可能被其他线程访问。所以，可以看到在上述代码的成员变量的声明中，均使用了volatile关键字，使得所有对变量的改动都直接刷新到内存中，而不采取寄存器缓存。

AQS是通过一个双向的FIFO 同步队列来完成同步状态的管理,当有线程获取锁失败后,就被添加到队列末尾,让我看一下这个队列

红色节点为头结点,可以把它当做正在持有锁的节点,

下面解释下waitStatus五个的得含义:

• CANCELLED(1):该节点的线程可能由于超时或被中断而处于被取消(作废)状态,一旦处于这个状态,节点状态将一直处于CANCELLED(作废),因此应该从队列中移除.
• SIGNAL(-1):当前节点为SIGNAL时,后继节点会被挂起,因此在当前节点释放锁或被取消之后必须被唤醒(unparking)其后继结点.
• CONDITION(-2) 该节点的线程处于等待条件状态,不会被当作是同步队列上的节点,直到被唤醒(signal),设置其值为0,重新进入阻塞状态.
• 0:新加入的节点

在锁的获取时，并不一定只有一个线程才能持有这个锁（或者称为同步状态），所以此时有了独占模式和共享模式的区别，也就是在Node节点中由nextWait来标识。比如ReentrantLock就是一个独占锁，只能有一个线程获得锁，而WriteAndReadLock的读锁则能由多个线程同时获取，但它的写锁则只能由一个线程持有。这次先介绍独占模式下锁（或者称为同步状态）的获取与释放.这个类使用到了模板方法设计模式:定义一个操作中算法的骨架，而将一些步骤的实现延迟到子类中。

二、Node类介绍。

1、简介。一个Node对象代表一个线程，线程状态保存在Node类里面的waitStatus字段里面。

2、源码。用于存放获取线程的节点。

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3、说明。

（1）SHARED成员变量。该成员变量是本类对象的特殊情况。如果在类中初始化该成员变量为非null时，那么本类对象的成员变量一定是static类型，即必须是类变量，这样在内存中只分配一次，这样每个该类的对象共享同一份该类特殊的一份成员。如果仅仅是声明，或者是初始化为null，则无任何要求，此时仅仅是分配一个引用（指针）所占用的内存空间，而不用构造方法来递归分配空间。

（2）isShared方法。该方法就是判断Node类型的nextWaiter成员变量是否就是所有Node类型的对象都共享的那一份  new Node()对象。只要该类被加载了，那么就存在唯一的一份共享new Node()对象。

（3）predecessor方法。该方法就是判断该Node节点对象是否有前驱节点（即判断该Node对象的pre成员变量是否为空），如果有就返回前驱节点，没有则抛出空指针异常。

（4）该类一共有5个本类对象的成员变量。

a、一个共享的成员变量SHARED，标识节点当前在共享模式下。

b、一个Node类型的指向NULL的共享变量EXCLUSIVE，标识节点当前在独占模式下。

c、一个前驱节点成员变量pre，前驱节点的引用。prev 和 next 用于实现阻塞队列的双向链表。首先， prev节点在队列里面, 则 prev != null 肯定成立；其次，prev != null 成立, 不一定 node 就在 Sync Queue 里面。

d、一个后继节点的成员变量next，后继节点的引用。prev 和 next 用于实现阻塞队列的双向链表。

e、一个等待节点的成员变量nextWaiter。注意这里的等待节点的成员变量nextWaiter没有被volatile修饰。nextWaiter 用于实现条件队列的单向链表。

（5）Thread类型的成员变量thread。这个就是线程本尊。

（6）节点状态的成员变量waitStatus。

（7）常量介绍。

a、CANCELLED，说明节点已经取消获取 lock 了(一般是由于 interrupt 或 timeout 导致的) 很多时候是在 cancelAcquire 里面进行设置这个标识。

b、SIGNAL， 标识当前节点的后继节点需要唤醒(PS: 这个通常是在 独占模式下使用, 在共享模式下有时用 PROPAGATE)。

c、CONDITION，表示当前节点在 Condition Queue 里面。

d、PROPAGATE，当前节点获取到 lock 或进行 release lock 时, 共享模式的最终状态是 PROPAGATE(PS: 有可能共享模式的节点变成 PROPAGATE 之前就被其后继节点抢占 head 节点, 而从Sync Queue中被踢出掉)。

（8）初始化Node，用于同步队列。

（9）初始化Node，用于条件队列。

三、ConditionObject类介绍。

1、简介。

ConditionObject是AbstractQueuedSynchronizer的内部类，它为锁机制维护了另一个队列，如果线程排在了该队列中，说明这个线程需要在某种条件满足后，才被唤醒。从这里可以看到，ConditionObject是作为AbstractQueuedSynchronizer的内部类来实现的，这表示，得首先有一个AbstractQueuedSynchronizer的实例，才能新建一个ConditionObject。这更进一步说明了，Condition存在的前提是必须有Lock。

   可以看到，synchronized和Lock在功能上类似，都可以保证多线程对一段代码的顺序执行；Object monitor methods则和Condition类似，前者在某个object上进行等待和唤醒，而后者在某个条件上进行等待和唤醒。java其实是先有的synchronized&Object monitor methods，后有的Lock&Condition。

ConditionObject对象。一个该对象，包含有Node类型的两个成员变量firstWaiter和lastWaiter，分别指向单向Node队列的头部和尾部。而Node队列是由Node类中Node类型的成员变量nextWaiter来串联起来，也就是一个Node类型的单向链表数据结构。如下图。

2、源码。

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这里调用了AQS里面的成员方法。

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查询这个condition对象上，是否含有在等待的线程。通过遍历单链表，查看Node节点的成员变量waitStatus是否等于Node节点中的CONDITION的值，该值表示该Node节点中代表的线程是在条件队列中。

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获取等待队列的大约长度。因为在查询的时候并没有加锁，有可能在查询的时候有新的节点加入单向队列中。通过遍历，查看Node节点的成员变量waitStatus是否等于Node节点中的CONDITION的值，然后计数统计。

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获取等待在condition对象上的线程集合。通过遍历单向链表，通过Node类的waitStatus成员变量的值标识该Node节点是否在该条件队列上。inter

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注意：

因为成员内部类的创建依赖于外部类对象。表达的是一个成员内部类对象有且仅有一个外部类对象一一对应。那么可以判断一个外部类对象是不是该成员内部类对象的创建者。

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当Node在Condition Queue 中, 若状态不是 CONDITION, 则一定是 被中断或超时。在Condition Queue 里面 Node.waitStatus 只有可能是 CONDITION 或是 0(timeout/interrupt引起的)

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3、说明。

（1）public内部类。单向队列。

（2）

4、

5、

四、