JUC并发包详解AQS同步队列

news2025/1/16 1:35:48

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一、AQS介绍

在JUC并发包中，AQS为其最关键的作用，全称为abstractQueuedSynchroinzed同步器，为信号量semaphore、同步锁的基础抽象类。

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其中内部主要有二大块

state

共享资源，通过并发操作state修改改值为1，如果修改成功则表示获得锁。

FIFO队列

该队列为CLH队列的变形队列，通过引入双向队列，采取自旋加堵塞的方式提高性能，其中核心为head节点、tail节点。

二、AQS队列

    /**
     * Head of the wait queue, lazily initialized.  Except for
     * initialization, it is modified only via method setHead.  Note:
     * If head exists, its waitStatus is guaranteed not to be
     * CANCELLED.
     */
    private transient volatile Node head;

    /**
     * Tail of the wait queue, lazily initialized.  Modified only via
     * method enq to add new wait node.
     */
    private transient volatile Node tail;

一个队列肯定也有队头标记、队尾标记，这里的队头标记就是Head，head是一个引用变量，会指向AQS队列的第一个节点元素，tail也是一个引用变量，也会指向AQS最后一个节点。

因为会同时多个线程节点会竞争锁，因此每一个节点都需要cas成为队尾。

2.1 head和tail的初始化

在上述注释中，明白head和tail一开始是为空的，只有多个线程竞争锁，才会进行初始化。

/**
* 当线程进行acquire失败的时候，则说明当前锁被其他线程获得，因此该线程需要进行封装成Node节点，并且插入到AQS队列中。
**/
private Node enq(final Node node) {
        for (;;) {
            Node t = tail;
            // 如果t也就是tail为空，则说明AQS队列没有值，则需要初始化head和tail
            if (t == null) { // Must initialize
                if (compareAndSetHead(new Node()))
                    tail = head;
            } else {
                node.prev = t;
                if (compareAndSetTail(t, node)) {
                    t.next = node;
                    return t;
                }
            }
        }
    }

由上面代码可知，如果aqs同步锁，一开始有一个线程获得lock，则会直接执行，当第二个过来，因为state的值为1，则需要将该线程设置为node进行入队伍，这里就会初始化对应的tail和head,可知这里的head和tail都是指向该节点。

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当这个时候第三个线程进来，则aqs队列则会插入第三个线程c，对应tail也会发生改变。

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 node.prev = t;
                if (compareAndSetTail(t, node)) {
                    t.next = node;
                    return t;
                }

2.2 waitstatus状态值

waitStatus有如下几种状态：

CANCELLED(1)：当前节点取消获取锁。当等待超时或被中断(响应中断)，会触发变更为此状态，进入该状态后节点状态不再变化；
SIGNAL(-1)：后面节点等待当前节点唤醒；
CONDITION(-2)：Condition 中使用，当前线程阻塞在 Condition，如果其他线程调用了 Condition 的 signal 方法，这个结点将从等待队列转移到同步队列队尾，等待获取同步锁；
PROPAGATE(-3)：共享模式，前置节点唤醒后面节点后，唤醒操作无条件传播下去；
0：中间状态，当前节点后面的节点已经唤醒，但是当前节点线程还没有执行完成。

但是对于AQS的同步锁的队列需要去除CONDITION状态，在这里我们先不考虑PROPAGATE状态；

2.2.1 CANCELLED

waitstatus > 0 的时候只有一种状态为CANCElED也就是当前节点为取消状态，如果当前节点被等待超时了或者被中断了，则会变成该状态。

赋值时机

ReentrantLock提供tryLock(int time,TimeUnit)， lockInterrupt()方法，也就是说获得锁的时候会去设置超时时间，或者设置可中断，在节点等待过程中如果发送了超时、中断则会将该节点的waitstatus设置为1，并且返回lock方法为false,表示未获得锁。
当线程被取消时，它对应的节点会被标记为取消状态，并从同步队列中清除