AQS源码解析—简介 & 内部核心结构
AQS内部结构
简介
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AbstractQueuedSynchronizer：AQS，抽象队列同步器。主要是为了解决线程锁竞争的问题。
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AQS 原理图如下，其本质是一个双向链表/队列
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多线程抢锁内部数据结构，如下
核心内部类Node
static final class Node {
// 枚举：共享模式
static final Node SHARED = new Node();
// 枚举：独占模式
static final Node EXCLUSIVE = null;
/*
* 下面的这几个int类型的常量表示节点的状态值
*/
// 表示当前节点处于取消状态
static final int CANCELLED = 1;
// 表示当前节点需要唤醒它的后继节点，(signal表示的其实是后继节点的状态，需要当前节点去唤醒它...)
static final int SIGNAL = -1;
// ReentrantLock没有用到 等待队列(Condition)中的节点状态为 -2
static final int CONDITION = -2;
// ReentrantLock没有用到 只在CountDownLatch中的doReleaseShared这个方法中会切换到这个状态
static final int PROPAGATE = -3;
/*
* 表示node的状态，可选值(0, SIHGNAL(-1), CANCLLED(1), CONDITION(-2), PROPAGATE(-3)) ReentrantLock中只用到了前三个值
* waitStatus = 0 默认状态
* waitStatus > 0 取消状态
* waitStatus = -1 表示当前Node如果是head节点时 释放锁之后需要唤醒后继节点
*/
volatile int waitStatus;
/*
* 因为node需要构建成 fifo 队列，所以需要当前节点的前继节点和后继节点
*/
// Node的前继节点
volatile Node prev;
// Node的后继节点
volatile Node next;
// Node内部封装的线程
volatile Thread thread;
// ReentrantLock没有用到，在Condition条件队列中使用。
Node nextWaiter;
// 是否是共享模式
final boolean isShared() {
return nextWaiter == SHARED;
}
/*
* 判断当前节点是有有前驱节点，有的话返回，没有的话则抛出异常
*/
final Node predecessor() throws NullPointerException {
Node p = prev;
if (p == null)
throw new NullPointerException();
else
return p;
}
// 建立初始头部或SHARED标记
Node() {
}
// addWaiter使用的构造方法
Node(Thread thread, Node mode) {
// 把共享模式还是互斥模式存储到nextWaiter这个字段里面了
this.nextWaiter = mode;
this.thread = thread;
}
// addConditionWaiter使用的构造方法
Node(Thread thread, int waitStatus) {
// 等待的状态，在Condition中使用
this.waitStatus = waitStatus;
this.thread = thread;
}
}
双向链表结构，节点中保存着当前线程、前一个节点、后一个节点以及线程的状态等信息。
核心属性
// 队列头结点，任何时刻头结点对应的线程都是当前持锁线程
private transient volatile Node head;
// 阻塞队列的尾节点(阻塞队列不包含 头结点，head.next -> tail 认为是阻塞队列)
private transient volatile Node tail;
/*
* 核心属性：表示资源
* 独占模式下：0表示未加锁，>0表示加锁状态
*/
private volatile int state;
定义了一个状态变量和一个队列，状态变量用来控制加锁解锁，队列用来放置等待的线程。
注意：这几个变量都要使用 volatile 关键字来修饰，因为是在多线程环境下操作，要保证它们的值修改之后对其它线程立即可见。
这几个变量的修改是直接使用的 Unsafe 这个类来操作的：
// 获取Unsafe类的实例，注意这种方式仅限于jdk自己使用，普通用户是无法这样调用的
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
// 状态变量state的偏移量
private static final long stateOffset;
// 头节点的偏移量
private static final long headOffset;
// 尾节点的偏移量
private static final long tailOffset;
// 等待状态的偏移量（Node的属性）
private static final long waitStatusOffset;
// 下一个节点的偏移量（Node的属性）
private static final long nextOffset;
static {
try {
// 获取state的偏移量
stateOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("state"));
// 获取head的偏移量
headOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("head"));
// 获取tail的偏移量
tailOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("tail"));
// 获取waitStatus的偏移量
waitStatusOffset = unsafe.objectFieldOffset
(Node.class.getDeclaredField("waitStatus"));
// 获取next的偏移量
nextOffset = unsafe.objectFieldOffset
(Node.class.getDeclaredField("next"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}
// 调用Unsafe的方法原子更新state
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
父类属性
AQS 还用到了其父类 AbstractOwnableSynchronizer 的一些属性：
/*
* 继承父类的属性
* 独占模式下：表示当前持有锁的线程
*/
private transient Thread exclusiveOwnerThread;
参考
- 视频参考
- b站_小刘讲源码付费课
- 文章参考
- shstart7_AQS源码解析2.内部核心结构与lock过程
- 兴趣使然的草帽路飞_AQS源码探究_02 AQS简介及属性分析
- 肆华_AQS阅读理解
