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Java并发编程(2) AbstractQueuedSynchronizer的内部结构

一 前言  

  虽然已经有很多前辈已经分析过AbstractQueuedSynchronizer(简称AQS)类,但是感觉那些点始终是别人的,看一遍甚至几遍终不会印象深刻。所以还是记录下来印象更深刻,还能和大家一起探讨(这就是重复造轮子的好处,另外也主要是这篇篇幅太长了,犹豫了好久才决定写作)。既然有很多前辈都分析过这个类说明它是多么的重要,下面我们看下concurrent包的实现示意图就清楚AQS的所占有的地位了。

二、AQS的内部结构

  个人习惯喜欢先看其内部结构,因为内部结果是一个类实现的核心。经过分析得知:AQS类底层的数据结构是使用双向链表,包括head结点和tail结点,head结点主要用作后续的调度。另外还包含一个单向链表,只有当使用Condition时,才会存在此单向链表。并且可能会有多个Condition 链表(其中链表是队列的一种具体表现,所以也可称作队列)。如下图:

三 内部结构源码解析

3.1 类的继承关系

  

  1、说明它是一个抽象类,就说明它可能存在抽象方法需要子类去重写实现(具体有哪些方法需要重写后续会说明)。

  2、它还继承了AbstractOwnableSynchronizer(简称AOS)类可以设置独占资源线程和获取独占资源线程(独占锁会涉及到,AOS的源码自己可以进去看看)。

  另外建议各位多看看类上的注释,其实还蛮有作用的。

3.2 类的内部类

   先分析内部类中的结构再看AQS是怎么引用它的。下面先看Node.class,主要分析都在注释上了。

/** * Wait queue node class. * 注意看类上的注释,上面是原注释的第一行,表示等待队列节点类(虽然实际上是一个双向链表)。 */static final class Node { /** * 总共分为两者模式:共享和独占 */ /** 在共享模式中等待的节点 */ static final Node SHARED = new Node(); /** 在独占模式中等待的节点 */ static final Node EXCLUSIVE = null; /** * 下面几个表示节点状态,也就是waitStatus所具有可能的值。 */ /** * 标记线程处于取消状态 * 节点进入该状态就不会变化。 * / static final int CANCELLED = 1; /** * 标记后继节点的线程处于等待状态,需要被取消停放(即被唤醒unpark)。 * 变化情况:当当前节点的线程如果释放了同步状态或者被取消,将会通知后继节点,使后继节点的线程得以运行。 */ static final int SIGNAL = -1; /** * 标记线程正在等待条件(Condition),也就是该节点处于等待队列中。 * 变化情况:当其他线程对Condition调用了signal()方法后,该节点将会从等待队列中转移到同步队列中,加入到同步状态的获取中。 */ static final int CONDITION = -2; /** * 表示下一次共享式同步状态获取将会无条件的被传播下去。 */ static final int PROPAGATE = -3; /** * 节点状态,包含上面四种状态(另外还有一种初始化状态0) * 特别注意:它是volatile关键字修饰的,保证对其线程可见性,但是不保证原子性。 * 所以更新状态时,采用CAS方式去更新, 如:compareAndSetWaitStatus */ volatile int waitStatus; /** * 前驱节点,比如当前节点被取消,那就需要前驱节点和后继节点来完成连接。 */ volatile Node prev; /** * 后继节点。 */ volatile Node next; /** * 入队列时的当前线程。 */ volatile Thread thread; /** * 存储condition队列中的后继节点。 */ Node nextWaiter; /** * 判断是否共享模式 */ final boolean isShared() { return nextWaiter == SHARED; } /** * 获取前置节点,如果前置节点为空就抛出异常 */ final Node predecessor() throws NullPointerException { Node p = prev; if (p == null) throw new NullPointerException(); else return p; } // 省略三个构造函数}

  总结下:当每个线程被阻塞时都会封装成一个Node节点,放入队列中。每个节点都包含了当前节点对应的线程、状态、前置节点引用、后继节点引用以及下一个等待者。

  其中还需要注意的是waitStatus对应的各个状态代表着什么意思,另外不清楚volatile关键字作用的请前去阅读下。

属性名称描述
int waitStatus表示节点的状态。其中包含的状态有:
    CANCELLED,值为1,表示当前的线程被取消;节点进入该状态就不会变化。SIGNAL,值为-1,表示当前节点的后继节点包含的线程需要运行,也就是unpark;变化情况:当当前节点的线程如果释放了同步状态或者被取消,将会通知后继节点,使后继节点的线程得以运行。CONDITION,值为-2,表示当前节点在等待condition,也就是在condition队列中;变化情况:当其他线程对Condition调用了signal()方法后,该节点将会从等待队列中转移到同步队列中,加入到同步状态的获取中。PROPAGATE,值为-3,表示当前场景下后续的acquireShared能够得以执行;值为0,表示当前节点在sync队列中,等待着获取锁。
Node prev

前驱节点,比如当前节点被取消,那就需要前驱节点和后继节点来完成连接。

Node next

后继节点。

Thread thread

入队列时的当前线程。

Node nextWaiter

存储condition队列中的后继节点。

  接下来简单看看ConditionObject的源码,后续我们会单独分析下这个类的作用。

/** * 实现Condition接口 */public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID = 1173984872572414699L; /** * 条件队列的第一个节点。 */ private transient AbstractQueuedSynchronizer.Node firstWaiter; /** * 条件队列的最后一个节点。 */ private transient AbstractQueuedSynchronizer.Node lastWaiter;}

  从中可以看它还是实现了Condition接口,而Condition接口又定义了什么规范呢?自己去看:),你会不会发现有点跟Object中的几个方法类似呢。

3.3 主要内部成员

// 头结点 private transient volatile Node head; // 尾结点 private transient volatile Node tail; // 同步状态 private volatile int state;

四、总结

  通过上述分析就很清楚其内部结构是什么了吧。总结下:

  节点(Node)是成为sync队列和condition队列构建的基础,在同步器中就包含了sync队列(Node双向链表)。同步器拥有三个成员变量:sync队列的头结点head、sync队列的尾节点tail和状态state。对于锁的获取,请求形成节点,将其挂载在尾部,而锁资源的转移(释放再获取)是从头部开始向后进行。对于同步器维护的状态state,多个线程对其的获取将会产生一个链式的结构。

 

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欢迎阅读本文章: 饶迪

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