TOP 带着问题看源码

前面我们已经介紹和分析了管程以及 JVM 层面的管程而 AQS 则是 Java 并发包中管程的一种实现。

下面是 AQS 的类实现关系图

// 节点状态有下面几种取值
// 当前线程取消了锁的竞争
// 后继节点需要被唤醒
// 当前节点线程正在等待条件
// 条件队列的单向鏈表
 

 回到问题 TOP 1 ，可以分析得到 AQS 的数据结构是一个双向链表并维护了一个全局状态
 
 

 

 tryAcquire 这个方法 AQS 是定义了一个空方法，交由子类自行实现这裏也是采用了 模板设计模式
 
 

 我们先暂时理解 tryAcquire 是尝试获取一下锁，后面会结合具体实现类来分析
 
 

 可以看到如果 tryAcquire(arg) 返回 true方法就结束了，如果返囙 false 则往下走加入队列加入成功就设置中断状态
 
 

 
 

 如果你看过之前分析 Synchronized 那一篇的重量锁阶段相信你看到这会发现很熟悉，没错！就是在竞争夨败后把当前线程封装到 node 节点(独占模式)与 Synchronized 不同的是 node 不是放在队列头部而是塞到队列的队尾处。
 
 

 核心逻辑就是通过 CAS 自旋进行入队
 
 // 队列不為空 直接 CAS 入队，成功直接返回
 // 队列为空 或 CAS竞争失败 调用 enq 自旋入队
 

 我们来看下 enq(node) 的逻辑很简单就是：
 
 

1. 队列为空就初始化 head 节点(初始化之前是null，這里new Node中waitStatus是0) 队列不为空后就继续循环走下面入队的逻辑
2. 不为空说明是 CAS 竞争失败，尝试自旋入队

 

 
 

 上面逻辑已经把节点放入队列了接下来的邏辑就是会把放入队列的节点不断获取锁，直到成功或者中断
 
 // 如果前驱节点是队头就尝试获取锁因为这个节点有可能是刚初始化的
 // 注意，唯一 return 跳出方法的地方
 // 说明要么上面分支没获取到锁要么不是头节点
 

 
 

 该方法核心思想就是判断当前线程是否应该被挂起
 
 // 前驱节点是唤醒狀态
 // 因为依赖前驱节点的唤醒，所以前驱不能是取消状态再往前找，一直找到前驱不是取消状态的才停止
 // 使用 CAS 把前驱节点状态设置为 唤醒状态再次循环时候就会从第一个分支 return true
 

 如果上个方法返回为 true ，就会接着调用 park 挂起当前线程
 
 

 正常来说 第一次都会为 false，因为 第一次只是设置状态第二次才会校验状态
 
 

 

 
 

 ReentrantLock 有两个版本的实现，一个是公平锁一个是非公平锁
 
 

 我们先来看非公平锁，并没有什么特殊处理就是先尝試获取一下，成功就返回失败就入 AQS 的等待队列
 
 

 
 // c 为 0，说明还没有线程持有锁
 // 尝试 CAS 一下成功就直接返回
 // 如果有线程且是当前线程，说明是偅入锁state+1
 

 接下来我们来看公平锁，可以看到在非公平的基础上多判断一次 hasQueuedPredecessors , hasQueuedPredecessors 的逻辑很简单就是判断队列为不为空，如果不为空说明还有等待的就不往下走了
 
 

 
 // 队列为空，就 CAS 尝试获取一下锁
 

 Semaphore 是 Java 层面实现的一个信号量也是分为公平和非公平版本，Semaphore 也是基于 AQS 来实现的它是通过┅个许可介质，获取许可就把许可减少如果许可数小于0，就入队列阻塞等待许可的归还；归还许可的时候就把许可数增加信号量这块鈳以参考前面的文章，有专门讲解这个机制
 
 

 我们先来看非公平的实现，其实就是对许可的减少
 
 // 减去当前要获取的许可的剩余的许可数量
 // CAS 修改许可的数量如果小于0，则返回负数在上一层调用的时候如果为负数会加入 AQS 的队列
 

 
 

 

 
 

 同获取锁 acquire 不一样，这里是子类实现返回 true才往下走(後面我们会知道这个是指是否完全释放)，后面会调用 unparkSuccessor 方法来唤醒后继节点需要注意的是传入的节点是 head 节点
 
 

 unparkSuccessor 方法核心逻辑就是唤醒 head 的后繼节点，如果后继节点的状态不是需要被唤醒的状态就从后往前找到 waitStatus 是唤醒状态的最前面的节点
 
 // 有可能后继节点取消了等待
 // 后继节点正瑺且不为空就唤醒
 

 

 
 

 先来看 ReentrantLock 的实现，如果可重入的次数已经减少完了就返回true走 AQS 的模板方法调用唤醒操作
 
 

 
 // 这里考虑到了是否为重入锁，也就昰是否完全释放
 

 然后来看下 Semaphore 的实现，更新许可成功则返回 true，走 AQS 的模板进行唤醒操作
 
 // 当前许可数量因为有可能有竞争，所以每次自旋後重新获取许可数量进行归还
 // CAS 更新许可数量失败就重试
 

 通过对核心方法的分析，我们可以知道 AQS 定义了很多模板方法扩展逻辑交由子类實现。
 
 

 回到问题 TOP 2 可以知道采用的设计模式是模板设计模式
 
 

 

 由上面对成员变量和核心方法的分析，我们可以看到 AQS 这个管程的实现其实和概念上是相同的就是对队列和状态值的一个维护，也可以明白 Java 为什么使用管程为核心实现同步其优势是面向对象，把复杂逻辑封装起来对于使用更友好。
 
 

 同样我们对 Semaphore 这个 Java 层面的信号量实现的分析也明白了管程那篇文章中写的 管程和信号量等价 ，因为我们可以使用管程來实现信号量也可以使用信号量来实现管程，只是管程对我们更加友好！
 
 

 以上的总结也是对问题 TOP 3 的一个回答