Java並發編程(2) AbstractQueuedSynchronizer的基本結構

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一 前言　　

　　雖然已經有很多前輩已經分析過AbstractQueuedSynchronizer（簡稱AQS）類，但是感覺那些點始終是別人的，看一遍甚至幾遍終不會印象深刻。所以還是記錄下來印象更深刻，還能和大家一起探討（這就是重複造輪子的好處，另外也主要是這篇篇幅太長了，猶豫了好久才決定寫作）。既然有很多前輩都分析過這個類說明它是多麼的重要，下面我們看下concurrent包的實現就清楚AQS的所佔有的地位了。

二、AQS的內部結構

　　個人習慣喜歡先看其內部結構，因為內部結果是一個類實現的核心。經過分析得知：AQS類底層的資料結構是使用雙向鏈表，包括head結點和tail結點，head結點主要用作後續的調度。另外還包含一個單向鏈表，只有當使用Condition時，才會存在此單向鏈表。並且可能會有多個Condition 鏈表（其中鏈表是隊列的一種具體表現，所以也可稱作隊列）。如：

三 內部結構源碼解析3.1 類的繼承關係

　　

　　1、說明它是一個抽象類別，就說明它可能存在抽象方法需要子類去重寫實現（具體有哪些方法需要重寫後續會說明）。

　　2、它還繼承了AbstractOwnableSynchronizer(簡稱AOS)類可以設定獨佔資源線程和擷取獨佔資源線程（獨佔鎖會涉及到，AOS的源碼自己可以進去看看）。

　　另外建議各位多看看類上的注釋，其實還蠻有作用的。

3.2 類的內部類

 　　先分析內部類中的結構再看AQS是怎麼引用它的。下面先看Node.class，主要分析都在注釋上了。

/** * Wait queue node class. * 注意看類上的注釋，上面是原注釋的第一行，表示等待隊列節點類（雖然實際上是一個雙向鏈表）。 */static final class Node {    /**     * 總共分為兩者模式：共用和獨佔     */    /** 在共用模式中等待的節點 */    static final Node SHARED = new Node();    /** 在獨佔模式中等待的節點 */    static final Node EXCLUSIVE = null;    /**     * 下面幾個表示節點狀態，也就是waitStatus所具有可能的值。     */    /**     * 標記線程處於取消狀態     * 節點進入該狀態就不會變化。     * /    static final int CANCELLED =  1;    /**     * 標記後繼節點的線程處於等待狀態，需要被取消停放（即被喚醒unpark）。     * 變化情況：噹噹前節點的線程如果釋放了同步狀態或者被取消，將會通知後繼節點，使後繼節點的線程得以運行。     */    static final int SIGNAL    = -1;    /**     * 標記線程正在等待條件（Condition）,也就是該節點處於等待隊列中。     * 變化情況：當其他線程對Condition調用了signal()方法後，該節點將會從等待隊列中轉移到同步隊列中，加入到同步狀態的擷取中。     */    static final int CONDITION = -2;    /**     * 表示下一次共用式同步狀態擷取將會無條件的被傳播下去。     */    static final int PROPAGATE = -3;    /**     * 節點狀態，包含上面四種狀態（另外還有一種初始化狀態0）     * 特別注意：它是volatile關鍵字修飾的，保證對其線程可見度，但是不保證原子性。     * 所以更新狀態時，採用CAS方式去更新, 如：compareAndSetWaitStatus     */    volatile int waitStatus;    /**     * 前驅節點，比如當前節點被取消，那就需要前驅節點和後繼節點來完成串連。     */    volatile Node prev;    /**     * 後繼節點。     */    volatile Node next;    /**     * 入隊列時的當前線程。     */    volatile Thread thread;    /**     * 儲存condition隊列中的後繼節點。     */    Node nextWaiter;    /**     * 判斷是否共用模式     */    final boolean isShared() {        return nextWaiter == SHARED;    }    /**     * 擷取前置節點，如果前置節點為空白就拋出異常     */    final Node predecessor() throws NullPointerException {        Node p = prev;        if (p == null)            throw new NullPointerException();        else            return p;    }    // 省略三個建構函式}

　　總結下：當每個線程被阻塞時都會封裝成一個Node節點，放入隊列中。每個節點都包含了當前節點對應的線程、狀態、前置節點引用、後繼節點引用以及下一個等待者。

　　其中還需要注意的是waitStatus對應的各個狀態代表著什麼意思，另外不清楚volatile關鍵字作用的請前去閱讀下。

屬性名稱	描述
int waitStatus	表示節點的狀態。其中包含的狀態有： CANCELLED，值為1，表示當前的線程被取消；節點進入該狀態就不會變化。 SIGNAL，值為-1，表示當前節點的後繼節點包含的線程需要運行，也就是unpark；變化情況：噹噹前節點的線程如果釋放了同步狀態或者被取消，將會通知後繼節點，使後繼節點的線程得以運行。 CONDITION，值為-2，表示當前節點在等待condition，也就是在condition隊列中；變化情況：當其他線程對Condition調用了signal()方法後，該節點將會從等待隊列中轉移到同步隊列中，加入到同步狀態的擷取中。 PROPAGATE，值為-3，表示當前情境下後續的acquireShared能夠得以執行； 值為0，表示當前節點在sync隊列中，等待著擷取鎖。
Node prev	前驅節點，比如當前節點被取消，那就需要前驅節點和後繼節點來完成串連。
Node next	後繼節點。
Thread thread	入隊列時的當前線程。
Node nextWaiter	儲存condition隊列中的後繼節點。

　　接下來簡單看看ConditionObject的源碼，後續我們會單獨分析下這個類的作用。

/** * 實現Condition介面 */public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {    private static final long serialVersionUID = 1173984872572414699L;    /**     * 條件隊列的第一個節點。     */    private transient AbstractQueuedSynchronizer.Node firstWaiter;    /**     * 條件隊列的最後一個節點。     */    private transient AbstractQueuedSynchronizer.Node lastWaiter;}

　　從中可以看它還是實現了Condition介面，而Condition介面又定義了什麼規範呢？自己去看：），你會不會發現有點跟Object中的幾個方法類似呢。

3.3 主要內部成員

    // 頭結點    private transient volatile Node head;    // 尾結點    private transient volatile Node tail;    // 同步狀態    private volatile int state;

四、總結

　　通過上述分析就很清楚其內部結構是什麼了吧。總結下：

　　節點(Node)是成為sync隊列和condition隊列構建的基礎，在同步器中就包含了sync隊列（Node雙向鏈表）。同步器擁有三個成員變數：sync隊列的頭結點head、sync隊列的尾節點tail和狀態state。對於鎖的擷取，請求形成節點，將其掛載在尾部，而鎖資源的轉移（釋放再擷取）是從頭部開始向後進行。對於同步器維護的狀態state，多個線程對其的擷取將會產生一個鏈式的結構。

 

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