Java JUC并发 AbstractQueuedSynchronizer学习

前言

java.util.concurrent包（简称JUC）相比大家都应该很熟悉了。JUC包含许多线程安全、测试良好、高性能的并发构建块，之前一直没有研究过其核心锁的机制。前些日子，使用到了countDownLatch,没事点开了其源码，发现其核心功能是由AbstractQueuedSynchronizer的一个内部子类Syn实现的，进而发现在JUC中如ReentrantLock等很多常用类都实现了AbstractQueuedSynchronizer，AbstractQueuedSynchronizer为其实现了并发控制的功能。下面就详细分析一下AbstractQueuedSynchronizer。

AbstractQueuedSynchronizer 分析

AbstractQueuedSynchronizer 源码实现推荐去看
深度解析Java8 – AbstractQueuedSynchronizer的实现分析（上）
深度解析Java8 – AbstractQueuedSynchronizer的实现分析（下）

这片博客已经写的十分详细明了，珠玉在前就不再赘述了。我画了一下ReentrantLock 获取锁和释放锁的流程图，会放在这篇文章最后，希望可以在AQS看源码的时候有所帮助。在这里就之讲述一下我理解的AQS。

AbstractQueuedSynchronizer（简称AQS）核心思想就是通过一个共享变量同步状态，通过队列管理阻塞线程。
其中AQS中状态变量由各个子类定义管理，AQS重点提供队列的管理，线程的唤醒和挂起。

状态变量

AQS 使用一个 volatile修饰的int型变表示。一般情况下，状态变量如果为0，则表示锁尚未被获取到。在CountDownLatch 值为构造方法传入的数值，当countDown调用是，状态就会减一，直到状态变量为0，则唤醒阻塞队列中的线程。而ReentrantLock中由于是互斥锁，仅有0，1取值，表示锁是否已经获取：

  /**     * Returns the current value of synchronization state.     * This operation has memory semantics of a {@code volatile} read.     * @return current state value     */    protected final int getState() {        return state;    }    /**     * Sets the value of synchronization state.     * This operation has memory semantics of a {@code volatile} write.     * @param newState the new state value     */    protected final void setState(int newState) {        state = newState;    }    /**     * Atomically sets synchronization state to the given updated     * value if the current state value equals the expected value.     * This operation has memory semantics of a {@code volatile} read     * and write.     *     * @param expect the expected value     * @param update the new value     * @return {@code true} if successful. False return indicates that the actual     *         value was not equal to the expected value.     */    protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {        // See below for intrinsics setup to support this        return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);    }

compareAndSetState是java Unsafe提供的CAS方法，保证了其安全性。在线程获取锁时，就会尝试使用这个方法更新状态位。

阻塞线程队列

前面说过，没有获取到锁的线程就会被放入一个队列中。AQS内部维护着一个FIFO的CLH队列，所以AQS并不支持基于优先级的同步策略。队列中的每个线程结点只要等待其前继释放锁就可以了。在这个对列中head节点时一个空节点。

Node节点中还有一个waitStatus的变量，用来描述节点的状态。

AQS的队列中，在有并发时，肯定会存取一定数量的节点，每个节点[G4] 代表了一个线程的状态，有的线程可能“等不及”获取锁了，需要放弃竞争，退出队列，有的线程在等待一些条件满足，满足后才恢复执行（这里的描述很像某个J.U.C包下的工具类，ReentrankLock的Condition，事实上，Condition同样也是AQS的子类）等等，总之，各个线程有各个线程的状态，但总需要一个变量来描述它。
waitStatus由四个取值：

/** waitStatus value to indicate thread has cancelled */        static final int CANCELLED =  1;        /** waitStatus value to indicate successor's thread needs unparking */        static final int SIGNAL    = -1;        /** waitStatus value to indicate thread is waiting on condition */        static final int CONDITION = -2;        /**         * waitStatus value to indicate the next acquireShared should         * unconditionally propagate         */        static final int PROPAGATE = -3;

表示了：节点取消，节点等待触发，节点等待条件，节点状态需要向后传播。只有前一个节点时SIGNAL的当前节点才会被挂起。

线程的阻塞/唤醒

AQS并没有使用java线程提供的wait/notify 阻塞/唤醒线程，它通过了LockSupport.park() 和 LockSupport.unpark() 的本地方法来实现线程的阻塞和唤醒。实际上这两个方法也是对java Unsafe的一个封装。Unsafe之后有机会在讲。

独占锁的获取和释放流程

获取

释放