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没看过AQS源码，别说精通Java并发编程

来源：责编：时间：2024-02-29 14:35:48 102观看

导读前言AQS 全称 AbstractQueuedSynchronizer（抽象队列同步器），旨在作为创建锁和其他同步机制的基础，常见的同步锁 ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier等都是基于 AQS 实现的。所以只有了解了AQS的实

前言

AQS 全称 AbstractQueuedSynchronizer（抽象队列同步器），旨在作为创建锁和其他同步机制的基础，常见的同步锁 ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier等都是基于 AQS 实现的。所以只有了解了AQS的实现原理，才能更好学习使用其他同步锁。

AQS的源码逻辑比较复杂，很多开发者看见就头疼，逻辑众多，无法梳理清楚。原因就是开发者梳理源码的步骤出错了，刚开始就看AQS的加锁、释放锁逻辑，陷入细节中不能自拔。正确的做法是，先整体后局部，先框架后细节。下面就带着大家一下分析AQS源码，保证清晰易懂。

AQS加锁流程

为什么一上来先看AQS的加锁流程，先要理解AQS的框架设计，才能去看具体的源码。

问个问题，如果让你设计一个同步锁，你会怎么设计？

肯定先要梳理一下需求，需求没有梳理清楚，就别谈开发了。

我理解的设计一个同步锁，需要满足以下需求：

当多个线程竞争同一个临界资源的时候，只有一个线程可以获取到临界资源，其他线程只能等待。所以这里我们需要一个状态state用来记录临界资源是否被加锁和加锁的次数，还需要记录一下这个资源是被哪个线程持有，字段名叫做exclusiveOwnerThread。还需要一个队列，用来存储等待获取资源的线程，这个队列我们叫做同步队列。
持有资源的线程可以主动挂起自己（调用await()方法），并且释放锁，然后等待被其他线程唤醒。所以这里需要一个队列存储需要被唤醒的线程，这个队列我们叫做条件队列。
在条件队列中线程被唤醒后，并不能立即获取到锁，还需要跟同步队列中线程一起竞争锁。所以在条件队列中被唤醒的线程，需要转移到同步队列。

至此，我们梳理清楚了AQS的加锁需求，而实际上AQS的加锁流程跟上面的需求完全一致，下面用一张图来表示。

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AQS的数据结构

看一下AQS内部的架构设计和包含的属性。

// AQS继承自AbstractOwnableSynchronizer，为了记录哪个线程占用锁public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer {      // 同步状态，0表示无锁，每次加锁+1，释放锁-1    private volatile int state;    // 同步队列的头尾节点    private transient volatile Node head;    private transient volatile Node tail;    // Node节点，用来包装线程，放到队列中    static final class Node {        // 节点中的线程        volatile Thread thread;        // 节点状态        volatile int waitStatus;        // 同步队列的前驱节点和后继节点        volatile Node prev;        volatile Node next;        // 条件队列的后继节点或者同步队列的共享/排他模式        Node nextWaiter;    }    // 条件队列    public class ConditionObject implements Condition {        // 条件队列的头尾节点        private transient Node firstWaiter;        private transient Node lastWaiter;    }}

首先AQS继承自AbstractOwnableSynchronizer，其实是为了记录哪个线程正在占用锁。

public abstract class AbstractOwnableSynchronizer {    // 正在占用锁的线程    private transient Thread exclusiveOwnerThread;    // 设置占用锁的线程    protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {        exclusiveOwnerThread = thread;    }    protected final Thread getExclusiveOwnerThread() {        return exclusiveOwnerThread;    }}

无论是同步队列还是条件队列中线程都需要包装成Node节点。

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同步队列：是带有头尾节点的双链表，由Node节点组成，使用prev和next组成双向链表，nextWaiter只用来表示是共享模式还是排他模式。条件队列：是带有头尾节点的单链表。同样由Node节点组成，没有使用到Node中prev和next属性，而是使用nextWaiter组成单链表。这个复用对象的设计思想值得我们学习。同步队列head节点是个哑节点，里面并没有存储线程对象。当然head节点也可以看成是给当前持有锁的线程使用的。 Node节点的节点状态（waitStatus）共有5种：

1 cancelled：表示节点的线程已经被取消
0 初始化：Node节点的默认值
-1 signal: 表示节点线程在释放锁后要唤醒同步队列中的后继节点
-2 condition: 当前节点在条件队列中
-3 propagate: 释放共享资源的时候会向后传播释放其他共享节点（用于共享模式）

节点状态（waitStatus）流转过程如下：

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AQS方法概览

AQS支持排他模式和共享模式两种访问资源的模式（排他模式又叫独占模式）。排他模式的方法：

// 加锁acquire(int arg);// 加可中断的锁acquireInterruptibly(int arg);// 加锁，带超时时间（如果指定时间内加锁不成功，就返回false）tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout);// 释放锁release(int arg);

共享模式的方法：

// 加锁acquireShared(int arg);// 加可中断的锁acquireSharedInterruptibly(int arg);// 加锁，带超时时间（如果指定时间内加锁不成功，就返回false）tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout);// 释放锁releaseShared(int arg);

排他模式和共享模式的方法并没有实现具体的加锁、释放锁逻辑，AQS中只是定义了加锁、释放锁的抽象方法。留给子类实现的抽象方法：

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer        extends AbstractOwnableSynchronizer        implements java.io.Serializable {    // 加排他锁    protected boolean tryAcquire(int arg) {        throw new UnsupportedOperationException();    }    // 释放排他锁    protected boolean tryRelease(int arg) {        throw new UnsupportedOperationException();    }    // 加共享锁    protected int tryAcquireShared(int arg) {        throw new UnsupportedOperationException();    }    // 释放共享锁    protected boolean tryReleaseShared(int arg) {        throw new UnsupportedOperationException();    }    // 判断是否是当前线程正在持有锁    protected boolean isHeldExclusively() {        throw new UnsupportedOperationException();    }}

这里就用到了设计模式中的模板模式，父类AQS定义了加锁、释放锁的流程，子类ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore、CyclicBarrier负责实现具体的加锁、释放锁逻辑。这不是个面试知识点吗？面试官再问你，你看过哪些框架源码使用到了设计模式？你就可以回答AQS源码中用到了模板模式，巴拉巴拉，妥妥的加分项！

条件队列的方法

条件队列中常用的方法如下：

// 等待方法，并释放锁public final void await() throws InterruptedException { ……}// 等待指定时间public final boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException { ……}// 唤醒条件队列中的单个线程public final void signal() { ……}// 唤醒条件队列中的所有线程public final void signalAll() { ……}

排它锁

1. 加锁

整个加锁流程如下：

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再看一下加锁方法的源码：

// 加锁方法，传参是1，表示加锁一次public final void acquire(int arg) {    // 1. 首先尝试获取锁，如果获取成功，则设置state+1，exclusiveOwnerThread=currentThread（留给子类实现）    if (!tryAcquire(arg) &&            // 2. 如果没有获取成功，把线程组装成Node节点，追加到同步队列末尾            acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) {        // 3. 加入同步队列后，将自己挂起        selfInterrupt();    }}

再看一下addWaiter()方法源码，作用就是把线程组装成Node节点，追加到同步队列末尾。

// 追加到同步队列末尾，传参mode表示是共享模式or排他模式private Node addWaiter(Node mode) {    // 1. 组装成Node节点    Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);    Node pred = tail;    if (pred != null) {        node.prev = pred;        // 2. 在多线程竞争不激烈的情况下，通过CAS方法追加到同步队列末尾        if (compareAndSetTail(pred, node)) {            pred.next = node;            return node;        }    }    // 3. 在多线程竞争激烈的情况下，使用死循环保证追加到同步队列末尾    enq(node);    return node;}// 通过死循环的方式，追加到同步队列末尾private Node enq(final Node node) {    for (; ; ) {        Node t = tail;        if (t == null) {            // 如果同步队列为空，先初始化头节点（头节点是空节点）            if (compareAndSetHead(new Node()))                tail = head;        } else {            // 再使用CAS追加到同步队列末尾            node.prev = t;            if (compareAndSetTail(t, node)) {                t.next = node;                return t;            }        }    }}// 创建Node节点，传参thread表示当前线程，mode表示共享模式or排他模式Node(Thread thread, Node mode) {   this.thread = thread;    this.nextWaiter = mode;}

再看一下addWaiter()方法外层的acquireQueued()方法，作用就是：

在追加到同步队列末尾后，再判断一下前驱节点是不是头节点。如果是，说明是第一个加入同步队列的，就再去尝试获取锁。如果获取锁成功，就把自己设置成头节点。
如果前驱节点不是头节点，或者获取锁失败，就逆序遍历同步队列，找到可以将自己唤醒的节点。
最后才放心地将自己挂起

// 追加到同步队列末尾后，再次尝试获取锁final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {    boolean failed = true;    try {        boolean interrupted = false;        for (; ; ) {            // 1. 找到前驱节点            final Node p = node.predecessor();            // 2. 如果前驱节点是头结点，就再次尝试获取锁            if (p == head && tryAcquire(arg)) {                // 3. 获取锁成功后，把自己设置为头节点                setHead(node);                p.next = null;                failed = false;                return interrupted;            }            // 4. 如果还是没有获取到锁，找到可以将自己唤醒的节点            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&                    // 5. 最后才放心地将自己挂起                    parkAndCheckInterrupt())                interrupted = true;        }    } finally {        if (failed)            cancelAcquire(node);    }}

再看一下shouldParkAfterFailedAcquire()方法，是怎么找到将自己唤醒的节点的？为什么要找这个节点？

// 加入同步队列后，找到能将自己唤醒的节点private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {    int ws = pred.waitStatus;    // 1. 如果前驱节点的状态已经是SIGNAL状态（释放锁后，需要唤醒后继节点），就无需操作了    if (ws == Node.SIGNAL)        return true;    // 2. 如果前驱节点的状态是已取消，就继续向前遍历    if (ws > 0) {        do {            node.prev = pred = pred.prev;        } while (pred.waitStatus > 0);        pred.next = node;    } else {        // 3. 找到了不是取消状态的节点，把该节点状态设置成SIGNAL        compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);    }    return false;}

从代码中可以很清楚的看到，目的就是为了找到不是取消状态的节点，并把该节点的状态设置成SIGNAL。状态是SIGNAL的节点，释放锁后，需要唤醒其后继节点。简单理解就是：小弟初来乍到，特意来知会老大一声，有好事，多通知小弟。再看一下释放锁的逻辑。

2. 释放锁

释放锁的流程如下：

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释放锁的代码逻辑比较简单：

// 释放锁，传参是1，表示释放锁一次public final boolean release(int arg) {    // 1. 先尝试释放锁，如果成功，则设置state-1，exclusiveOwnerThread=null（由子类实现）    if (tryRelease(arg)) {        Node h = head;        // 2. 如果同步队列中还有其他节点，就唤醒下一个节点        if (h != null && h.waitStatus != 0)            // 3. 唤醒其后继节点            unparkSuccessor(h);        return true;    }    return false;}

再看一下唤醒后继节点的方法，作用就是重置头节点状态，然后找到一个有效的后继节点并唤醒。

// 唤醒后继节点private void unparkSuccessor(Node node) {    int ws = node.waitStatus;    // 1. 如果头节点不是取消状态，就重置成初始状态    if (ws < 0)        compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);    Node s = node.next;    // 2. 如果后继节点是null或者是取消状态    if (s == null || s.waitStatus > 0) {        s = null;        // 3. 从队尾开始遍历，找到一个有效状态的节点        for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)            if (t.waitStatus <= 0)                s = t;    }    // 3. 唤醒这个有效节点    if (s != null)        LockSupport.unpark(s.thread);}

3. await等待

await等待的流程：

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持有锁的线程可以调用await()方法，在ConditionObject类里面。作用是：释放锁，并追加到条件队列末尾。

// 等待方法public final void await() throws InterruptedException {    // 如果线程已中断，则抛出中断异常    if (Thread.interrupted())        throw new InterruptedException();    // 1. 追加到条件队列末尾    Node node = addConditionWaiter();    // 2. 释放锁    int savedState = fullyRelease(node);    int interruptMode = 0;    // 3. 有可能刚加入条件队列就被转移到同步队列了，如果还在条件队列，就可以放心地挂起自己    while (!isOnSyncQueue(node)) {        LockSupport.park(this);        if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)            break;    }    // 4. 如果已经转移到同步队列，就尝试获取锁    if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)        interruptMode = REINTERRUPT;    if (node.nextWaiter != null)        // 5. 清除条件队列中已取消的节点        unlinkCancelledWaiters();    if (interruptMode != 0)        reportInterruptAfterWait(interruptMode);}

再看一下addConditionWaiter方法，是怎么追加到条件队列末尾的？

// 追加到条件队列末尾private Node addConditionWaiter() {    Node t = lastWaiter;    // 1. 清除已取消的节点，找到有效节点    if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {        unlinkCancelledWaiters();        t = lastWaiter;    }    // 2. 创建Node节点，状态是CONDITION（表示处于条件队列）    Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);    // 3. 追加到条件队列末尾    if (t == null)        firstWaiter = node;    else        t.nextWaiter = node;    lastWaiter = node;    return node;}

4. signal唤醒

signal唤醒的流程：

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// 唤醒条件队列的头节点public final void signal() {    // 1. 只有持有锁的线程才能调用signal方法    if (!isHeldExclusively())        throw new IllegalMonitorStateException();    // 2. 找到条件队列的头节点    Node first = firstWaiter;    if (first != null)        // 3. 开始唤醒        doSignal(first);}// 实际的唤醒方法private void doSignal(Node first) {    do {        // 4. 从条件队列中移除头节点        if ((firstWaiter = first.nextWaiter) == null)            lastWaiter = null;        first.nextWaiter = null;        // 5. 使用死循环，一定要转移一个节点到同步队列    } while (!transferForSignal(first) &&            (first = firstWaiter) != null);}

到底是怎么转移到同步队列末尾的？

// 实际转移方法final boolean transferForSignal(Node node) {    // 1. 把节点状态从CONDITION改成0，表示从条件队列转移到同步队列    if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))        return false;    // 2. 使用死循环的方式，追加到同步队列末尾（前面已经讲过）    Node p = enq(node);    int ws = p.waitStatus;    // 3. 把前驱节点状态设置SIGNAL（通知他，别忘了唤醒老弟）    if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))        LockSupport.unpark(node.thread);    return true;}

上篇文章讲了AQS的架构设计和排它锁的加锁、释放锁流程，下篇文章接着讲共享锁的加锁、释放锁流程。这篇文章开始讲AQS的共享锁加锁和释放锁流程。

共享锁

1. 加锁

先看共享锁的加锁流程：

// 加锁方法，传参是1，表示加锁一次public final void acquireShared(int arg) {    // 1. 首先尝试获取锁，返回值小于0，表示获取锁失败    if (tryAcquireShared(arg) < 0) {        // 2. 获取锁失败后，执行的逻辑        doAcquireShared(arg);    }}// 获取锁失败，执行的逻辑private void doAcquireShared(int arg) {    // 1. 把当前线程包装成Node节点追加到同步队列末尾（前面已经讲过）    final Node node = addWaiter(Node.SHARED);    boolean failed = true;    try {        boolean interrupted = false;        for (; ; ) {            // 2. 找到前驱节点            final Node p = node.predecessor();            // 3. 如果前驱节点是头结点，就再次尝试获取锁            if (p == head) {                int r = tryAcquireShared(arg);                if (r >= 0) {                    // 3. 获取锁成功后，把自己设置为头节点并向后传播                    setHeadAndPropagate(node, r);                    p.next = null;                    // 4. 检查中断状态                    if (interrupted) {                        selfInterrupt();                    }                    failed = false;                    return;                }            }            // 4. 如果获取锁失败，把前驱节点状态设置成SIGNAL，用来唤醒自己（前面讲过）            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&                // 挂起并中断当前线程                parkAndCheckInterrupt()) {                interrupted = true;            }        }    } finally {        // 5. 如果获取锁失败，就取消当前节点        if (failed) {            cancelAcquire(node);        }    }}

看一下上面的第三步设置头节点的逻辑，setHeadAndPropagate() 方法的作用就是：

设置新的头节点
向后传播共享锁

这里就是共享锁与排它锁的区别，共享锁的同步队列中某个节点获取到锁时，会向后传播，唤醒其他节点，也就是通知队列中其他节点一起获取锁，。

// 设置头节点，并向后传播private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {    Node h = head;    setHead(node);    // propagate > 0 表示获取到了共享锁    // h == null || h.waitStatus < 0 表示当前头节点已经不再是有效节点，可能是被取消或者已经释放了锁，需要进行传播。    // 再次判断头节点，防止在设置头节点的过程中发生竞争    if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||        (h = head) == null || h.waitStatus < 0) {        Node s = node.next;        // 判断如果后继节点为空或者是共享节点，就开始传播共享锁        if (s == null || s.isShared()) {            doReleaseShared();        }    }}

再看一下上面第五步，获取锁失败后，取消当前节点的逻辑：

// 取消获取锁private void cancelAcquire(Node node) {    // 判空    if (node == null) {        return;    } // 1. 设置线程为null，不再持有锁    node.thread = null;    // 2. 如果前驱节点是取消状态，继续向前遍历，找到不是取消状态的前驱节点    Node pred = node.prev;    while (pred.waitStatus > 0) {        node.prev = pred = pred.prev;    }    Node predNext = pred.next;    // 3. 把当前节点设置为取消状态，不再获取锁    node.waitStatus = Node.CANCELLED;    // 4. 判断如果当前节点是尾节点，就删除当前节点    if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {        compareAndSetNext(pred, predNext, null);    } else {        // 5. 判断后继节点是否需要被唤醒        int ws;        if (pred != head &&            ((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL ||                (ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&            pred.thread != null) {            Node next = node.next;            if (next != null && next.waitStatus <= 0) {                // 6. 删除当前节点                compareAndSetNext(pred, predNext, next);            }        } else {            // 7. 唤醒后继节点            unparkSuccessor(node);        }        node.next = node;    }}

2. 释放锁

看一下释放锁的逻辑：

// 释放锁，传参是1，表示释放锁一次public final boolean releaseShared(int arg) {    // 先尝试释放锁    if (tryReleaseShared(arg)) {        // 释放锁成功后，要执行的逻辑        doReleaseShared();        return true;    }    return false;}

再看一下释放锁成功后，要执行的 doReleaseShared() 方法的逻辑，作用是：

传播共享锁
唤醒同步队列中线程

// 释放锁成功后，要执行的逻辑private void doReleaseShared() {    for (; ; ) {        Node h = head;        // 判断是否等于尾节点，如果是尾节点，就不用传播了        if (h != null && h != tail) {            // 判断节点状态，如果是SIGNAL，则需要被唤醒            int ws = h.waitStatus;            if (ws == Node.SIGNAL) {                // 重置head节点状态，表示开始唤醒下个节点。如果重置失败，说明发生了竞争，需要再次尝试。                if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) {                    continue;                }                // 唤醒下一个节点                unparkSuccessor(h);                // 如果节点状态是0，则需要设置成PROPAGATE，继续传播            } else if (ws == 0 && !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) {                continue;            }        }        // 如果头节点没变，表示循环中没有进行头节点的修改，说明已经处理完了需要唤醒的节点，可以退出循环。        if (h == head) {            break;        }    }}

本文链接：//www.dmpip.com//www.dmpip.com/showinfo-26-75294-0.html没看过AQS源码，别说精通Java并发编程

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onebot M24巧系列一体机采用轻薄机身设计，现已在各平台开售

onebot M24 巧系列一体机目前已在线上线下各平台同步开售。onebot M24 巧系列采用一体化轻薄机身设计，最薄处为 10.15mm，拥有宝石红、午夜蓝、石墨绿、雅致
微软发布Windows 11新版引入全新任务栏状态

近日，微软发布了Windows 11新版，而Build 22563更新主要引入了几周前曝光的平板模式任务栏等，系统更流畅了。更新中，Windows 11加入了专门针对平板优化的任务栏