用火车购票的方式打开 AQS同步器（一）
2020-08-26 本文已影响0人
小燃儿
引言
AQS（AbstractQueuedSynchronizer，下文直接使用AQS的简称）是java JUC包下提供的，基于FIFO队列，可以用于构建锁或者其他相关同步装置的基础框架，使用者可以继承它来实现阻塞锁或者其他功能。由于是一个框架，所以其概念会比较抽象，因此这里会使用乘火车车购票的例子来帮助理解。
AQS同步器结构-成员变量
AQS的三个重要的成员变量，其功能都是围绕这三个变量实现的。
/**
* 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;
/**
* The synchronization state.
*/
private volatile int state;
- State: 同步器的状态量。类似于火车对外出售的车票总数量。
- head：等待队列的头节点。类似于车票售完后，第一个预约候补的人，可以理解为此时这人已经再候补了。
-
tail：等待队列的尾节点。类似于所有预约候补的最后一个人。
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AQS同步器结构-Node
然后来看看Node的结构是怎么样的？
// 状态：可能退出状态等
volatile int waitStatus;
// 前面的人
volatile Node prev;
// 后面的人
volatile Node next;
// 我自己
volatile Thread thread;
/**节点模式：排他或者共享*/
Node nextWaiter;
waitStatus: 等待状态。 AQS提供四种状态：
- CANCELLED：退出状态。类似购车票时，由于官方原因候补失败的人
- SIGNAL：唤醒状态。正在候补或者候补完成，此时后面排队的人可以尝试候补了。
- CONDITION： 条件状态。这个是指在指定条件下，该乘客才会去预约候补（比如有紧急事务，必须今天去某地）
-
PROPAGATE：传播状态。对于排队的队列，可以共享候补的信息可以向后传播。
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AQS同步器排他逻辑实现
排他，是指资源被独占，此时其他线程无法获取此资源，只能等待到当前资源被释放（资源独享，比如买我了车票后，这辆火车就只有我能使用，其他人都不能使用），其原理主要是通过tryAcquire方法返回资源是否被占用，如果是就进入等待状态，如果否就执行当前任务。具体实现如下：
接下来来看看AQS提供的主要方法（排他和共享）
排他（资源独享，比如买我了车票后，这辆火车就只有我能使用，其他人都不能使用）：
获取车票，没有获取到则进入等待
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) && // 尝试获取车票，由于是独占的，所以返回值直接使用true or false
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)) // 没有买到车的人进行排队候补
selfInterrupt(); // 是否自我中断（买车票的时候，总是选择可以退票或者不买票了吧）
}
addWaiter(Node.EXCLUSIVE)： 以排他模式加入到排队当中；
尝试获取车票，否则等待
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) { // 等待唤醒
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
final Node p = node.predecessor(); // 排在自己前面的人
if (p == head && tryAcquire(arg)) { // 是队列第一个，那么自己也可以去尝试候补
setHead(node); // 候补成功后，那自己是第一个了（正在候补）
p.next = null; // help GC // 原来的排在第一位的候补成功了就从队列中剔除了
failed = false;
return interrupted; // 候补上车
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && // 决定是否需要挂起（见下）
parkAndCheckInterrupt()) // 挂起等待，因为前面的人还没获取，自己肯定没机会就不浪费力气去查询候补了
interrupted = true; // 取消候补
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node); // 由于系统原因人员无法候补，标记为退出状态
}
}
是否需要进行阻塞
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) // 前面的人已经是唤醒状态，正在等待有车票的时候
/*
* This node has already set status asking a release
* to signal it, so it can safely park.
*/
return true; // 自己可以挂起了，只要等待有车票的时候会通知自己
if (ws > 0) { // 将排在自己前面退出状态的人都剔除
/*
* Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
* indicate retry.
*/
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
/*
* waitStatus must be 0 or PROPAGATE. Indicate that we
* need a signal, but don't park yet. Caller will need to
* retry to make sure it cannot acquire before parking.
*/
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL); // 将排在前面的人改为需要唤醒状态
// 并再给一次机会去获取车票
}
return false; // 自己不需要挂起
}
释放资源：
释放资源（其中有人退票了或者下车了，又有空余的车票了，就通知队列里的人可以尝试候补）：
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) { // 自己退票或下车，有空余的车票了
Node h = head; // 候补队列中第一人
if (h != null && h.waitStatus != 0) // 存在 并且状态已经不是0
unparkSuccessor(h); // 通知下一个人很快就可以候补了
return true;
}
return false;
}
private void unparkSuccessor(Node node) { //第一个人，正在候补
/*
* If status is negative (i.e., possibly needing signal) try
* to clear in anticipation of signalling. It is OK if this
* fails or if status is changed by waiting thread.
*/
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0)
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0); // 将状态设置为0，
/*
* Thread to unpark is held in successor, which is normally
* just the next node. But if cancelled or apparently null,
* traverse backwards from tail to find the actual
* non-cancelled successor.
*/
Node s = node.next; // 排在后面的人
if (s == null || s.waitStatus > 0) { // 剔除退出状态的人
s = null;
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
if (s != null)
LockSupport.unpark(s.thread); // 通知排在后面且没有退出的人，可以起来关注候补情况了（acquireQueued）
}
