JDK1.5 之后发布了JUC(java.util.concurrent),用于解决多线程并发问题。AQS 是一个特别重要的同步框架,很多同步类都借助于 AQS 实现了对线程同步状态的管理。
AQS 中最主要的就是独占锁和共享锁的获取和释放,以及提供了一些可中断的获取锁,超时等待锁等方法。
ReentranLock 是基于 AQS 独占锁的一个实现。ReentrantReadWriteLock 是基于 AQS 共享锁的一个读写锁实现。本来打算一篇文章里面写完独占锁和共享锁,但是发现篇幅太长了,也不易于消化。
因此,本篇就先结合 ReentrantLock 源码,分析 AQS 的独占锁获取和释放。以及 ReentrantLock 的公平锁和非公平锁实现。
下一篇再写 ReentrantReadWriteLock 读写锁源码,以及 AQS 共享锁的获取和释放。
在正式讲解源码之前,墙裂建议读者做一些准备工作,最好对以下知识有一定的了解,这样阅读起来源码会比较轻松(因为,我当初刚开始接触多线程时,直接看 AQS 简直是一脸懵逼,就像读天书一样。。)。
了解双向链表的数据结构,以及队列的入队出队等操作。
LockSupport 的 park,unpark 方法,以及对线程的 interrupt 几个方法了解(可参考:LockSupport的 park 方法是怎么响应中断的?)。
对 CAS 和自旋机制有一定的了解。
AQS 同步队列AQS 内部维护了一个 FIFO(先进先出)的双向队列。它的内部是用双向链表来实现的,每个数据节点(Node)中都包含了当前节点的线程信息,还有它的前后两个指针,分别指向前驱节点和后继节点。下边看一下 Node 的属性和方法:
static final class Node { //可以认为是一种标记,表明了这个 node 是以共享模式在同步队列中等待 static final Node SHARED = new Node(); //也是一种标记,表明这个 node 是以独占模式在同步队列中等待 static final Node EXCLUSIVE = null; /** waitStatus 常量值 */ //说明当前节点被取消,原因有可能是超时,或者被中断。 //节点被取消的状态是不可逆的,也就是说此节点会一直停留在取消状态,不会转变。 static final int CANCELLED = 1; //说明后继节点的线程被 park 阻塞,因此当前线程需要在释放锁或者被取消时,唤醒后继节点 static final int SIGNAL = -1; //说明线程在 condition 条件队列等待 static final int CONDITION = -2; //在共享模式中用,表明下一个共享线程应该无条件传播 static final int PROPAGATE = -3; //当前线程的等待状态,除了以上四种值,还有一个值 0 为初始化状态(条件队列的节点除外)。 //注意这个值修改时是通过 CAS ,以保证线程安全。 volatile int waitStatus; //前驱节点 volatile Node prev; //后继节点 volatile Node next; //当前节点中的线程,通过构造函数初始化,出队时会置空(这个后续说,重点强调) volatile Thread thread; //有两种情况。1.在 condition 条件队列中的后一个节点 //2. 一个特殊值 SHARED 用于表明当前是共享模式(因为条件队列只存在于独占模式) Node nextWaiter; //是否是共享模式,理由同上 final boolean isShared() { return nextWaiter == SHARED; } //返回前驱节点,如果为空抛出空指针 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 } Node(Thread thread, Node mode) { // Used by addWaiter this.nextWaiter = mode; this.thread = thread; } Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Condition this.waitStatus = waitStatus; this.thread = thread; } }另外,在 AQS 类中,还会记录同步队列的头结点和尾结点:
//同步队列的头结点,是懒加载的,即不会立即创建一个同步队列, //只有当某个线程获取不到锁,需要排队的时候,才会初始化头结点 private transient volatile Node head; //同步队列的尾结点,同样是懒加载。 private transient volatile Node tail; 独占锁这部分就结合 ReentrantLock 源码分析 AQS 的独占锁是怎样获得和释放锁的。
非公平锁首先,我们从 ReentrantLock 开始分析,它有两个构造方法,一个构造,可以传入一个 boolean 类型的参数,表明是用公平锁还是非公平锁模式。另一个构造方法,不传入任何参数,则默认用非公平锁。
public ReentrantLock() { sync = new NonfairSync(); } public ReentrantLock(boolean fair) { sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync(); }NonfairSync 和 FairSync 都继承自 Sync ,它们都是 ReentranLock 的内部类。 而Sync 类又继承自 AQS (AbstractQueuedSynchronizer)。
static final class NonfairSync extends Sync { } static final class FairSync extends Sync { } abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { }知道了它们之间的继承关系,我们就从非公平锁的加锁方法作为入口,跟踪源码。因为非公平锁的流程讲明白之后,公平锁大致流程都一样,只是多了一个条件判断(这个,一会儿后边细讲,会做对比)。
NonfairSync.lock