## 31 AbstractQueuedSynchronizer 源码解析（下） ## 引导语 AQS 的内容太多，所以我们分成了两个章节，没有看过 AQS 上半章节的同学可以回首看一下哈，上半章节里面说了很多锁的基本概念，基本属性，如何获得锁等等，本章我们主要聊下如何释放锁和同步队列两大部分。 ### 1 释放锁 释放锁的触发时机就是我们常用的 Lock.unLock () 方法，目的就是让线程释放对资源的访问权（流程见整体架构图紫色路线）。 释放锁也是分为两类，一类是排它锁的释放，一类是共享锁的释放，我们分别来看下。 #### 1.1 释放排它锁 release 排它锁的释放就比较简单了，从队头开始，找它的下一个节点，如果下一个节点是空的，就会从尾开始，一直找到状态不是取消的节点，然后释放该节点，源码如下： ``` // unlock 的基础方法 public final boolean release(int arg) { // tryRelease 交给实现类去实现，一般就是用当前同步器状态减去 arg，如果返回 true 说明成功释放锁。 if (tryRelease(arg)) { Node h = head; // 头节点不为空，并且非初始化状态 if (h != null && h.waitStatus != 0) // 从头开始唤醒等待锁的节点 unparkSuccessor(h); return true; } return false; } // 很有意思的方法，当线程释放锁成功后，从 node 开始唤醒同步队列中的节点 // 通过唤醒机制,保证线程不会一直在同步队列中阻塞等待 private void unparkSuccessor(Node node) { // node 节点是当前释放锁的节点，也是同步队列的头节点 int ws = node.waitStatus; // 如果节点已经被取消了，把节点的状态置为初始化 if (ws < 0) compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); // 拿出 node 节点的后面一个节点 Node s = node.next; // s 为空，表示 node 的后一个节点为空 // s.waitStatus 大于0，代表 s 节点已经被取消了 // 遇到以上这两种情况，就从队尾开始，向前遍历，找到第一个 waitStatus 字段不是被取消的 if (s == null || s.waitStatus > 0) { s = null; // 这里从尾迭代，而不是从头开始迭代是有原因的。 // 主要是因为节点被阻塞的时候，是在 acquireQueued 方法里面被阻塞的，唤醒时也一定会在 acquireQueued 方法里面被唤醒，唤醒之后的条件是，判断当前节点的前置节点是否是头节点， 这里是判断当前节点的前置节点，所以这里必须使用从尾到头的迭代顺序才行，目的就是为了过滤掉无效的前置节点，不然节点被唤醒时，发现其前置节点还是无效节点，就又会陷入阻塞。 for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev) // t.waitStatus <= 0 说明 t 没有被取消，肯定还在等待被唤醒 if (t.waitStatus <= 0) s = t; } // 唤醒以上代码找到的线程 if (s != null) LockSupport.unpark(s.thread); } ``` #### 1.2 释放共享锁 releaseShared 释放共享锁的方法是 releaseShared，主要分成两步： 1. tryReleaseShared 尝试释放当前共享锁，失败返回 false，成功走 2； 2. 唤醒当前节点的后续阻塞节点，这个方法我们之前看过了，线程在获得共享锁的时候，就会去唤醒其后面的节点，方法名称为：doReleaseShared。 我们一起来看下 releaseShared 的源码： ``` // 共享模式下，释放当前线程的共享锁 public final boolean releaseShared(int arg) { if (tryReleaseShared(arg)) { // 这个方法就是线程在获得锁时，唤醒后续节点时调用的方法 doReleaseShared(); return true; } return false; } ``` ### 2 条件队列的重要方法 在看条件队列的方法之前，我们先得弄明白为什么有了同步队列，还需要条件队列？ 主要是因为并不是所有场景一个同步队列就可以搞定的，在遇到锁 + 队列结合的场景时，就需要 Lock + Condition 配合才行，先使用 Lock 来决定哪些线程可以获得锁，哪些线程需要到同步队列里面排队阻塞；获得锁的多个线程在碰到队列满或者空的时候，可以使用 Condition 来管理这些线程，让这些线程阻塞等待，然后在合适的时机后，被正常唤醒。 同步队列 + 条件队列联手使用的场景，最多被使用到锁 + 队列的场景中。 所以说条件队列也是不可或缺的一环。 接下来我们来看一下条件队列一些比较重要的方法，以下方法都在 ConditionObject 内部类中。 #### 2.1 入队列等待 await 获得锁的线程，如果在碰到队列满或空的时候，就会阻塞住，这个阻塞就是用条件队列实现的，这个动作我们叫做入条件队列，方法名称为 await，流程见整体架构图中深绿色箭头流向，我们一起来看下 await 的源码： ``` // 线程入条件队列 public final void await() throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); // 加入到条件队列的队尾 Node node = addConditionWaiter(); // 标记位置 A // 加入条件队列后，会释放 lock 时申请的资源，唤醒同步队列队列头的节点 // 自己马上就要阻塞了，必须马上释放之前 lock 的资源，不然自己不被唤醒的话，别的线程永远得不到该共享资源了 int savedState = fullyRelease(node); int interruptMode = 0; // 确认node不在同步队列上，再阻塞，如果 node 在同步队列上，是不能够上锁的 // 目前想到的只有两种可能： // 1:node 刚被加入到条件队列中，立马就被其他线程 signal 转移到同步队列中去了 // 2:线程之前在条件队列中沉睡，被唤醒后加入到同步队列中去 while (!isOnSyncQueue(node)) { // this = AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject // 阻塞在条件队列上 LockSupport.park(this); if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0) break; } // 标记位置 B // 其他线程通过 signal 已经把 node 从条件队列中转移到同步队列中的数据结构中去了 // 所以这里节点苏醒了，直接尝试 acquireQueued if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE) interruptMode = REINTERRUPT; if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled // 如果状态不是CONDITION，就会自动删除 unlinkCancelledWaiters(); if (interruptMode != 0) reportInterruptAfterWait(interruptMode); } ``` await 方法有几点需要特别注意： 1. 上述代码标记位置 A 处，节点在准备进入条件队列之前，一定会先释放当前持有的锁，不然自己进去条件队列了，其余的线程都无法获得锁了； 2. 上述代码标记位置 B 处，此时节点是被 Condition.signal 或者 signalAll 方法唤醒的，此时节点已经成功的被转移到同步队列中去了（整体架构图中蓝色流程），所以可以直接执行 acquireQueued 方法； 3. Node在条件队列中的命名，源码喜欢用 Waiter 来命名，所以我们在条件队列中看到 Waiter，其实就是 Node。 await 方法中有两个重要方法：addConditionWaiter 和 unlinkCancelledWaiters，我们一一看下。 #### 2.1.1 addConditionWaiter addConditionWaiter 方法主要是把节点放到条件队列中，方法源码如下： ``` // 增加新的 waiter 到队列中，返回新添加的 waiter // 如果尾节点状态不是 CONDITION 状态，删除条件队列中所有状态不是 CONDITION 的节点 // 如果队列为空，新增节点作为队列头节点，否则追加到尾节点上 private Node addConditionWaiter() { Node t = lastWaiter; // If lastWaiter is cancelled, clean out. // 如果尾部的 waiter 不是 CONDITION 状态了，删除 if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) { unlinkCancelledWaiters(); t = lastWaiter; } // 新建条件队列 node Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION); // 队列是空的，直接放到队列头 if (t == null) firstWaiter = node; // 队列不为空，直接到队列尾部 else t.nextWaiter = node; lastWaiter = node; return node; } ``` 整体过程比较简单，就是追加到队列的尾部，其中有个重要方法叫做 unlinkCancelledWaiters，这个方法会删除掉条件队列中状态不是 CONDITION 的所有节点，我们来看下 unlinkCancelledWaiters 方法的源码，如下： #### 2.1.2 unlinkCancelledWaiters ``` // 会检查尾部的 waiter 是不是已经不是CONDITION状态了 // 如果不是，删除这些 waiter private void unlinkCancelledWaiters() { Node t = firstWaiter; // trail 表示上一个状态,这个字段作用非常大，可以把状态都是 CONDITION 的 node 串联起来，即使 node 之间有其他节点都可以 Node trail = null; while (t != null) { Node next = t.nextWaiter; // 当前node的状态不是CONDITION，删除自己 if (t.waitStatus != Node.CONDITION) { //删除当前node t.nextWaiter = null; // 如果 trail 是空的，咱们循环又是从头开始的，说明从头到当前节点的状态都不是 CONDITION // 都已经被删除了，所以移动队列头节点到当前节点的下一个节点 if (trail == null) firstWaiter = next; // 如果找到上次状态是CONDITION的节点的话，先把当前节点删掉，然后把自己挂到上一个状态是 CONDITION 的节点上 else trail.nextWaiter = next; // 遍历结束，最后一次找到的CONDITION节点就是尾节点 if (next == null) lastWaiter = trail; } // 状态是 CONDITION 的 Node else trail = t; // 继续循环，循环顺序从头到尾 t = next; } } ``` 为了方便大家理解这个方法，画了一个释义图，如下：  #### 2.2 单个唤醒 signal signal 方法是唤醒的意思，比如之前队列满了，有了一些线程因为 take 操作而被阻塞进条件队列中，突然队列中的元素被线程 A 消费了，线程 A 就会调用 signal 方法，唤醒之前阻塞的线程，会从条件队列的头节点开始唤醒（流程见整体架构图中蓝色部分），源码如下： ``` // 唤醒阻塞在条件队列中的节点 public final void signal() { if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); // 从头节点开始唤醒 Node first = firstWaiter; if (first != null) // doSignal 方法会把条件队列中的节点转移到同步队列中去 doSignal(first); } // 把条件队列头节点转移到同步队列去 private void doSignal(Node first) { do { // nextWaiter为空，说明到队尾了 if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null) lastWaiter = null; // 从队列头部开始唤醒，所以直接把头节点.next 置为 null，这种操作其实就是把 node 从条件队列中移除了 // 这里有个重要的点是，每次唤醒都是从队列头部开始唤醒，所以把 next 置为 null 没有关系，如果唤醒是从任意节点开始唤醒的话，就会有问题，容易造成链表的割裂 first.nextWaiter = null; // transferForSignal 方法会把节点转移到同步队列中去 // 通过 while 保证 transferForSignal 能成功 // 等待队列的 node 不用管他，在 await 的时候，会自动清除状态不是 Condition 的节点(通过 unlinkCancelledWaiters 方法) // (first = firstWaiter) != null = true 的话，表示还可以继续循环， = false 说明队列中的元素已经循环完了 } while (!transferForSignal(first) && (first = firstWaiter) != null); } ``` 我们来看下最关键的方法：transferForSignal。 ``` // 返回 true 表示转移成功， false 失败 // 大概思路： // 1. node 追加到同步队列的队尾 // 2. 将 node 的前一个节点状态置为 SIGNAL，成功直接返回，失败直接唤醒 // 可以看出来 node 的状态此时是 0 了 final boolean transferForSignal(Node node) { /* * If cannot change waitStatus, the node has been cancelled. */ // 将 node 的状态从 CONDITION 修改成初始化，失败返回 false if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) return false; // 当前队列加入到同步队列，返回的 p 是 node 在同步队列中的前一个节点 // 看命名是 p，实际是 pre 单词的缩写 Node p = enq(node); int ws = p.waitStatus; // 状态修改成 SIGNAL，如果成功直接返回 // 把当前节点的前一个节点修改成 SIGNAL 的原因，是因为 SIGNAL 本身就表示当前节点后面的节点都是需要被唤醒的 if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL)) // 如果 p 节点被取消，或者状态不能修改成SIGNAL，直接唤醒 LockSupport.unpark(node.thread); return true; } ``` 整个源码下来，我们可以看到，唤醒条件队列中的节点，实际上就是把条件队列中的节点转移到同步队列中，并把其前置节点状态置为 SIGNAL。 #### 2.3 全部唤醒 signalAll signalAll 的作用是唤醒条件队列中的全部节点，源码如下： ``` public final void signalAll() { if (!isHeldExclusively()) throw new IllegalMonitorStateException(); // 拿到头节点 Node first = firstWaiter; if (first != null) // 从头节点开始唤醒条件队列中所有的节点 doSignalAll(first); } // 把条件队列所有节点依次转移到同步队列去 private void doSignalAll(Node first) { lastWaiter = firstWaiter = null; do { // 拿出条件队列队列头节点的下一个节点 Node next = first.nextWaiter; // 把头节点从条件队列中删除 first.nextWaiter = null; // 头节点转移到同步队列中去 transferForSignal(first); // 开始循环头节点的下一个节点 first = next; } while (first != null); } ``` 从源码中可以看出，其本质就是 for 循环调用 transferForSignal 方法，将条件队列中的节点循环转移到同步队列中去。 ### 3 总结 AQS 源码终于说完了，你都懂了么，可以在默默回忆一下 AQS 架构图，看看这张图现在能不能看懂了。