Jdk1.6 JUC源码解析(6)-locks-AbstractQueuedSynchronizer
作者：大飞
功能简介：
- AbstractQueuedSynchronizer(以下简称AQS)是Java并发包提供的一个同步基础机制，是并发包中实现Lock和其他同步机制(如:Semaphore、CountDownLatch和FutureTask等)的基础。
- AQS内部包含一个FIFO的同步等待队列，简单的说，没有成功获取控制权的线程会在这个队列中等待。
- AQS内部管理了一个原子的int域作为内部状态信息，并提供了一些方法来访问该域，基于AQS实现的同步机制可以按自己的需要来灵活使用这个int域，比如:ReentrantLock用它记录锁重入次数；CountDownLatch用它表示内部的count；FutureTask用它表示任务运行状态(Running,Ran和Cancelled)；Semaphore用它表示许可数量。
- AQS提供了独占和共享两种模式。在独占模式下，当一个线程获取了AQS的控制权，其他线程获取控制权的操作就会失败；但在共享模式下，其他线程的获取控制权操作就可能成功。并发包中的同步机制如ReentrantLock就是典型的独占模式，Semaphore是共享模式；也有同时使用两种模式的同步机制，如ReentrantReadWriteLock。
- AQS内部提供了一个ConditionObject类来支持独占模式下的(锁)条件，这个条件的功能与Object的wait和notify/notifyAll的功能类似，但更加明确和易用。
- AQS一般的使用方式为定义一个实现AQS的非公有的内部帮助类作为内部代理，来实现具体同步机制的方法，如Lock的lock和unlock；AQS中也提供一些检测和监控内部队列和条件对象的方法，具体同步机制可以按需使用这些方法；AQS内部只有一个状态，即原子int域，如果基于AQS实现的类需要做序列化/反序列化，注意这一点。
源码分析：
- 内部等待队列：
首先我们先做一个简单的概览，内部的同步等待队列是由一系列节点组成的一个链表。如果要将一个线程入队(竞争失败，进入队列等待)，只需将这个线程及相关信息组成一个节点，拼接到队列链表尾部(尾节点)即可；如果要将一个线程出队(竞争成功)，只需重新设置新的队列首部(头节点)即可。
接下来先看一下组成同步等待队列的节点的类：
static final class Node {
/** 表示节点在共享模式下等待的常量 */
static final Node SHARED = new Node();
/** 表示节点在独占模式下等待的常量 */
static final Node EXCLUSIVE = null;
/** 表示当前节点的线程被取消 */
static final int CANCELLED = 1;
/** 表示后继节点的线程需要被唤醒 */
static final int SIGNAL = -1;
/** 表示当前节点的线程正在等待某个条件 */
static final int CONDITION = -2;
/**
* 表示接下来的一个共享模式请求(acquireShared)要无条件的传递(往后继节点方向)下去
*/
static final int PROPAGATE = -3;
/**
* 等待状态域, 取以下值:
* SIGNAL: 当前节点的后继节点已经(或即将)被阻塞，所以如果当前节点释放(控制权)
* 或者被取消时，必须唤醒其后继节点。为了避免竞争，请求方法必须首先
* 声明它们需要一个信号，然后(原子的)调用请求方法，如果失败，当前线程
* 进入阻塞状态。
* CANCELLED: 表示当前节点已经被取消(由于超时或中断)，节点一旦进入被取消状态，就
* 不会再变成其他状态了。具体来说，一个被取消节点的线程永远不会再次被
* 阻塞
* CONDITION: 表示当前节点正处在一个条件队列中。当前节点直到转移时才会被作为一个
* 同步队列的节点使用。转移时状态域会被设置为0。(使用0值和其他定义值
* 并没有关系，只是为了简化操作)
* PROPAGATE: 表示一个共享的释放操作(releaseShared)应该被传递到其他节点。该状态
* 值在doReleaseShared过程中进行设置(仅在头节点)，从而保证持续传递，
* 即使其他操作已经开始。
* 0: None of the above
*
* 这些状态值之所以用数值来表示，目的是为了方便使用，非负的值意味着节点不需要信号(被唤醒)。
* 所以，一些代码中不需要针对特殊值去做检测，只需要检查符号(正负)即可。
*
* 针对普通的同步节点，这个域被初始化为0；针对条件(condition)节点，初始化为CONDITION(-2)
* 需要通过CAS操作来修改这个域(如果可能的话，可以使用volatile写操作)。
*/
volatile int waitStatus;
/**
* 指向当前节点的前驱节点，用于检测等待状态。这个域在入队时赋值，出队时置空。
* 而且，在取消前驱节点的过程中，可以缩短寻找非取消状态节点的过程。由于头节点
* 永远不会取消(一个节点只有请求成功才会变成头节点，一个被取消的节点永远不可
* 能请求成功，而且一个线程只能取消自己所在的节点)，所以总是存在一个非取消状态节点。
*/
volatile Node prev;
/**
* 指向当前节点的后继节点，释放(控制权)时会唤醒该节点。这个域在入队时赋值，在跳过
* 取消状态节点时进行调整，在出队时置空。入队操作在完成之前并不会对一个前驱节点的
* next域赋值，所以一个节点的next域为null并不能说明这个节点在队列尾部。然而，如果
* next域为null，我们可以从尾节点通过前驱节点往前扫描来做双重检测。取消状态节点的
* next域指向自身，这样可以简化isOnSyncQueue的实现。
*/
volatile Node next;
/**
* 使当前节点入队的线程。在构造构造的时候初始化，使用后置为null。
*/
volatile Thread thread;
/**
* 指向下一个条件等待状态节点或者为特殊值(SHARED)。由于条件队列只有在独占模式下才
* 能访问，所以我们只需要一个普通的链表队列来保存处于等待状态的节点。它们在重新请
* 求的时候会转移到同步队列。由于条件只存在于独占模式下，所以如果是共享模式，就将
* 这域保存为一个特殊值(SHARED)。
*/
Node nextWaiter;
/**
* Returns true if node is waiting in shared mode
*/
final boolean isShared() {
return nextWaiter == SHARED;
}
/**
* Returns previous node, or throws NullPointerException if null.
* Use when predecessor cannot be null. The null check could
* be elided, but is present to help the VM.
*
* @return the predecessor of this node
*/
final Node predecessor() throws NullPointerException {
Node p = prev;
if (p == null)
throw new NullPointerException();
else
return p;
}
Node() { // Used to establish initial head or SHARED marker
}
Node(Thread thread, Node mode) { // Used by addWaiter
this.nextWaiter = mode;
this.thread = thread;
}
Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Condition
this.waitStatus = waitStatus;
this.thread = thread;
}
}
说明：节点类Node内部定义了一些常量，如节点模式、等待状态；Node内部有指向其前驱和后继节点的引用(类似双向链表)；Node内部有保存当前线程的引用；Node内部的nextWaiter域在共享模式下指向一个常量SHARED，在独占模式下为null或者是一个普通的等待条件队列(只有独占模式下才存在等待条件)。
再看一下AQS中同步等待队列相关的域：
/**
* 同步等待队列的头节点，延迟初始化。除了初始化之外，只能通过setHead方法来改变
* 这个域。注：如果头结点存在，那么它的waitStatus可以保证一定不是CANCELLED。
*/
private transient volatile Node head;
/**
* 同步等待队列的尾节点，延迟初始化。只有通过enq方法添加一个新的等待节点的时候
* 才会改变这个域。
*/
private transient volatile Node tail;
- 内部状态值：
/**
* The synchronization state.
*/
private volatile int state;
/**
* Returns the current value of synchronization state.
* This operation has memory semantics of a <tt>volatile</tt> read.
* @return current state value
*/
protected final int getState() {
return state;
}
/**
* Sets the value of synchronization state.
* This operation has memory semantics of a <tt>volatile</tt> write.
* @param newState the new state value
*/
protected final void setState(int newState) {
state = newState;
}
/**
* Atomically sets synchronization state to the given updated
* value if the current state value equals the expected value.
* This operation has memory semantics of a <tt>volatile</tt> read
* and write.
*
* @param expect the expected value
* @param update the new value
* @return true if successful. False return indicates that the actual
* value was not equal to the expected value.
*/
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
// See below for intrinsics setup to support this
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
- 上面已经看到AQS内部的整体数据结构，一个同步等待队列+一个(原子的)int域。下面来从请求和释放两条主线来进行相关代码分析。
首先看一下独占模式下，忽略中断的请求方法：
/**
* 独占模式下进行请求，忽略中断。方法实现中至少会调用一次tryAcquire方法，
* 请求成功后方法返回。否则当前线程会排队，可能会重复的阻塞和解除阻塞，
* 执行tryAcquire方法，直到成功。这个方法可以用来实现Lock的lock方法。
*
* @param arg the acquire argument. 这个值被传递给tryAcquire方法，值在
* 这里并没有实际意义，如果基于AQS实现自己的同步机制(可能要实现
* tryAcquire方法)，可以灵活利用这个值。
*/
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
acquire方法中首先调用tryAcquire方法，如果tryAcquire返回true，说明请求成功，直接返回；否则，继续调用acquireQueued方法，如果acquireQueued方法返回true，还需要调用一下selfInterrupt方法。
首先看一下tryAcquire方法，该方法在AQS中并没有具体实现，而是开放出来，交由子类去实现。
/**
* 在独占模式下尝试请求(控制权)。这个方法(实现)应该查看一下对象的
* 状态是否允许在独占模式下请求，如果允许再进行请求。
*
* 这个方法总是被请求线程执行，如果方法执行失败，会将当前线程放到
* 同步等待队列中(如果当前线程还不在同步等待队列中)，直到被其他线程的释放
* 操作唤醒。可以用来实现Lock的tryLock方法。
*
* 该方法默认抛出UnsupportedOperationException异常。
*
* @param arg the acquire argument. This value is always the one
* passed to an acquire method, or is the value saved on entry
* to a condition wait. The value is otherwise uninterpreted
* and can represent anything you like.
* @return {@code true} if successful. Upon success, this object has
* been acquired.
* @throws IllegalMonitorStateException if acquiring would place this
* synchronizer in an illegal state. This exception must be
* thrown in a consistent fashion for synchronization to work
* correctly.
* @throws UnsupportedOperationException if exclusive mode is not supported
*/
protected boolean tryAcquire(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
接下来调用acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)，先看下其中的addWaiter方法。
/**
* Creates and enqueues node for current thread and given mode.
*
* @param mode Node.EXCLUSIVE for exclusive, Node.SHARED for shared
* @return the new node
*/
private Node addWaiter(Node mode) {
//根据当前线程和模式创建一个Node。
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
//尝试快速入队，失败的话再执行正常的入队过程
Node pred = tail;
if (pred != null) {
//如果同步等待队列尾节点不为null,将当前(线程的)Node链接到尾节点。
node.prev = pred;
//尝试将当前Node设置(原子操作)为同步等待队列的尾节点。
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
//如果设置成功，完成链接(pred的next指向当前节点)。
pred.next = node;
//返回当前节点。
return node;
}
}
//如果同步等待队列尾节点为null，或者快速入队过程中设置尾节点失败，
//进行正常的入队过程，调用enq方法。
enq(node);
//返回当前节点。
return node;
}
看一下入队方法。
/**
* Inserts node into queue, initializing if necessary. See picture above.
* @param node the node to insert
* @return node's predecessor
*/
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { // Must initialize
/*
* 如果同步等待队列尾节点为null，说明还没有任何线程进入同步等待队列，
* 这时要初始化同步等待队列：创建一个(dummy)节点，然后尝试将这个
* 节点设置(CAS)为头节点，如果设置成功，将尾节点指向头节点
* 也就是说，第一次有线程进入同步等待队列时，要进行初始化，初始化
* 的结果就是头尾节点都指向一个哑(dummy)节点。
*/
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
//将当前(线程)节点的前驱节点指向同步等待队列的尾节点。
node.prev = t;
//注意节点拼接到同步等待队列总是分为3个步骤：1.将其prev引用指向尾节点 2.尝试将其设置为尾节点 3.将其prev节点(第2步之前的尾节点)的next指向其本身。
//所以一个节点为尾节点，可以保证prev一定不为null，但无法保证其prev的next不为null。所以后续的一些方法内会看到很多对同步等待队列的反向遍历。
//尝试将当前节点设置为同步等待队列的尾节点。
if (compareAndSetTail(t, node)) {
//如果成功，将之前尾节点的后继节点指向当前节点(现在的尾节点)，完成节点拼接。
t.next = node;
//返回之前的尾节点。
return t;
}
}
}
}
现在可以看acquireQueued方法。
/**
* Acquires in exclusive uninterruptible mode for thread already in
* queue. Used by condition wait methods as well as acquire.
*
* @param node the node
* @param arg the acquire argument
* @return {@code true} if interrupted while waiting
*/
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
//找到当前节点的前驱节点p
final Node p = node.predecessor();
/*
* 检测p是否为头节点，如果是，再次调用tryAcquire方法
* (这里可以体现出acquire方法执行过程中tryAcquire方法
* 至少被调用一次)。
*/
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
//如果p节点是头节点且tryAcquire方法返回true。那么将
//当前节点设置为头节点。
//从这里可以看出，请求成功且已经存在队列中的节点会被设置成头节点。
setHead(node);
//将p的next引用置空，帮助GC，现在p已经不再是头节点了。
p.next = null; // help GC
//设置请求标记为成功
failed = false;
//传递中断状态，并返回。
return interrupted;
}
//如果p节点不是头节点，或者tryAcquire返回false，说明请求失败。
//那么首先需要判断请求失败后node节点是否应该被阻塞，如果应该
//被阻塞，那么阻塞node节点，并检测中断状态。
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
//如果有中断，设置中断状态。
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed) //最后检测一下如果请求失败(异常退出)，取消请求。
cancelAcquire(node);
}
}
上面方法中如果请求成功，会将当前节点设置为同步等待队列的头节点。看一下设置为头节点的方法。
/**
* Sets head of queue to be node, thus dequeuing. Called only by
* acquire methods. Also nulls out unused fields for sake of GC
* and to suppress unnecessary signals and traversals.
*
* @param node the node
*/
private void setHead(Node node) {
head = node;
//请求成功，当前线程获取控制权，当前节点会取代之前(dummy)头节点的位置。所以置空thread和prev这些没用的域。
node.thread = null;
node.prev = null;
}
继续看shouldParkAfterFailedAcquire方法。
/**
* 在一个节点请求失败时，检测并更新改节点的(等待)状态。如果当前
* 节点的线程应该被阻塞，那么返回true。这里是整个请求(循环)中主
* 要信号控制部分。方法的条件：pred == node.prev
*
* @param pred node's predecessor holding status
* @param node the node
* @return {@code true} if thread should block
*/
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
//获取当前节点的前驱节点的等待状态。
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL)
/*
* 如果当前节点的前驱节点的状态为SIGNAL，说明当前节点已经声明了需要唤醒，
* 所以可以阻塞当前节点了，直接返回true。
* 一个节点在其被阻塞之前需要线程"声明"一下其需要唤醒(就是将其前驱节点
* 的等待状态设置为SIGNAL，注意其前驱节点不能是取消状态，如果是，要跳过)
*/
return true;
if (ws > 0) {
/*
* 如果当前节点的前驱节点是取消状态，那么需要跳过这些(取消状态)前驱节点
* 然后重试。
*/
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
/*
* 这里等待状态一定是0或者PROPAGATE。这里将当前节点的前驱节点(非取消状态)的
* 等待状态设置为SIGNAL。来声明需要一个(唤醒)信号。接下来方法会返回false，
* 还会继续尝试一下请求，以确保在阻塞之前确实无法请求成功。
*/
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}
再看一下进行实际阻塞操作的parkAndCheckInterrupt方法。
/**
* Convenience method to park and then check if interrupted
*
* @return {@code true} if interrupted
*/
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
//阻塞当前线程。
LockSupport.park(this);
//线程被唤醒，方法返回当前线程的中断状态，并重置当前线程的中断状态(置为false)。
return Thread.interrupted();
}
看一下acquireQueued最后finally块中的cancelAcquire方法。
/**
* Cancels an ongoing attempt to acquire.
*
* @param node the node
*/
private void cancelAcquire(Node node) {
// Ignore if node doesn't exist
if (node == null)
return;
//跳过首先将要取消的节点的thread域置空。
node.thread = null;
//跳过状态为"取消"的前驱节点。
Node pred = node.prev;
//node前面总是会存在一个非"取消"状态的节点，所以这里不需要null检测。
while (pred.waitStatus > 0)
node.prev = pred = pred.prev;
// predNext节点(node节点前面的第一个非取消状态节点的后继节点)是需要"断开"的节点。
// 下面的CAS操作会达到"断开"效果，但(CAS操作)也可能会失败，因为可能存在其他"cancel"
// 或者"singal"的竞争
Node predNext = pred.next;
// Can use unconditional write instead of CAS here.
// After this atomic step, other Nodes can skip past us.
// Before, we are free of interference from other threads.
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
// 如果当前节点是尾节点，那么删除当前节点(将当前节点的前驱节点设置为尾节点)。
if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) {
//将前驱节点(已经设置为尾节点)的next置空。
compareAndSetNext(pred, predNext, null);
} else {
//如果当前节点不是尾节点，说明后面有其他等待线程，需要做一些唤醒工作。
// 如果当前节点不是头节点，那么尝试将当前节点的前驱节点
// 的等待状态改成SIGNAL，并尝试将前驱节点的next引用指向
// 其后继节点。否则，唤醒后继节点。
int ws;
if (pred != head &&
( (ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL || (ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL)) )
&& pred.thread != null) {
//如果当前节点的前驱节点不是头节点，那么需要给当前节点的后继节点一个"等待唤醒"的标记，
//即 将当前节点的前驱节点等待状态设置为SIGNAL，然后将其设置为当前节点的后继节点的前驱节点....(真绕!)
Node next = node.next;
if (next != null && next.waitStatus <= 0)
compareAndSetNext(pred, predNext, next);
} else {
//否则，唤醒当前节点的后继节点。
unparkSuccessor(node);
}
//前面提到过，取消节点的next引用会指向自己。
node.next = node; // help GC
}
}
最后来看一下unparkSuccessor方法。
/**
* 如果node存在后继节点，唤醒后继节点。
*
* @param node the node
*/
private void unparkSuccessor(Node node) {
/*
* 如果node的等待状态为负数(比如:可能需要一个信号)，尝试去清空
* "等待唤醒"的状态(将状态置为0)，即使设置失败，或者该状态已经
* 被正在等待的线程修改，也没有任何影响。
*/
int ws = node.waitStatus;
if (ws < 0) //如果当前节点的状态小于0，尝试设置为0。
compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
/*
* 需要唤醒的线程在node的后继节点，一般来说就是node的next引用指向的节点。
* 但如果next指向的节点被取消或者为null，那么就同步等待队列的队尾反向查找离
* 当前节点最近的且状态不是"取消"的节点。
*/
Node s = node.next;
if (s == null || s.waitStatus > 0) {
s = null;
for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
if (t.waitStatus <= 0)
s = t;
}
if (s != null) //如果存在(需要唤醒的节点)，将该节点的线程唤醒。
LockSupport.unpark(s.thread);
}
回到acquire方法，最后如果acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg)返回true，说明当前线程被中断，会继续调用selfInterrupt方法。
/**
* Convenience method to interrupt current thread.
*/
private static void selfInterrupt() {
//中断当前线程。
Thread.currentThread().interrupt();
}
OK，现在来总结一下acquire方法中的逻辑：
1.调用tryAcquire方法进行(控制权)请求，如果请求成功，方法直接返回。
2.如果请求失败，那么会使用当前线程建立一个独占模式的节点，然后将节点放到同步等待队列的队尾。然后进入一个无限循环。(这个过程中会帮助完成同步等待队列的初始化，初始化过程中也可以看到，同步等待队列初始化后头尾节点都指向同一个哑节点。请求失败的线程(节点)进入队列时会链接到队列的尾部，如果同步等待队列内的线程(节点)请求成功，会将其设置为新的头节点。)
3.无限循环中会判断当前同步等待队列中是否有其他线程。
4. 如果没有，再次调用tryAcquire进行请求。
5.如果请求成功，将当前节点设置为同步等待队列头节点，向上传递中断状态，然后主循环退出。
6.如果同步等待队列中有其他线程(在当前线程前面)，或者前面第4步请求失败，那么首先需要检查当前节点是否已经设置"等待唤醒"标记，即将其非取消状态前驱节点的等待状态设置为SIGNAL。
7.如果未设置"等待唤醒"标记，进行标记设置，然后继续进行无限循环，进入第3步。
8.如果已经设置"等待唤醒"标记，那么阻塞当前线程(节点)。
9.当前节点(线程)被唤醒后，设置(传递)中断标记，然后继续进行无限循环，进入第3步。
10.最后在无限循环退出后，要判断请求是否失败(由于一些原因，循环退出，但请求失败)，如果失败，取消当前节点。
接下来看一下独占模式下，响应中断的请求方法，这个方法会抛出中断异常：
/**
* 独占模式下进行请求，如果当前线程被中断，放弃方法执行(抛出异常)，
* 方法实现中，首先会检查当前线程的中断状态，然后会执行至少一次
* tryAcquire方法，如果请求成功，方法返回；如果失败，当前线程会。
* 在同步等待队列中排队，可能会重复的被阻塞和被唤醒，并执行tryAcquire
* 方法直到成功或者当前线程被中断。可以用来实现Lock的lockInterruptibly。
*
* @param arg the acquire argument. This value is conveyed to
* {@link #tryAcquire} but is otherwise uninterpreted and
* can represent anything you like.
* @throws InterruptedException if the current thread is interrupted
*/
public final void acquireInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (!tryAcquire(arg)) //如果请求不成功，执行doAcquireInterruptibly方法。
doAcquireInterruptibly(arg);
}
继续看一下doAcquireInterruptibly方法。
/**
* Acquires in exclusive interruptible mode.
* @param arg the acquire argument
*/
private void doAcquireInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException(); //区别
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
和前面的acquireQueued方法类似，区别基本上只是对中断状态的处理，这里没有将中断状态传递给上层，而是直接抛出InterruptedException异常，方法实现里其他方法的分析可以参考前面。 最后看一下独占模式下，响应中断并且支持超时的请求方法：
/**
* 独占模式下进行请求，如果当前线程被中断，放弃方法执行(抛出异常)，
* 如果给定的超时时间耗尽，方法失败。方法实现中，首先会检查当前线程
* 的中断状态，然后会执行至少一次tryAcquire方法，如果请求成功，方法
* 返回；如果失败，当前线程会在同步等待队列中排队，可能会重复的被阻塞和
* 被唤醒，并执行tryAcquire方法直到成功或者当前线程被中断或者超时时
* 间耗尽。可以用来实现Lock的tryLock(long, TimeUnit)。
*
* @param arg the acquire argument. This value is conveyed to
* {@link #tryAcquire} but is otherwise uninterpreted and
* can represent anything you like.
* @param nanosTimeout the maximum number of nanoseconds to wait
* @return {@code true} if acquired; {@code false} if timed out
* @throws InterruptedException if the current thread is interrupted
*/
public final boolean tryAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout) throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
return tryAcquire(arg) || //如果请求失败，调用doAcquireNanos方法。
doAcquireNanos(arg, nanosTimeout);
}
继续看一下doAcquireNanos方法。
/**
* Acquires in exclusive timed mode.
*
* @param arg the acquire argument
* @param nanosTimeout max wait time
* @return {@code true} if acquired
*/
private boolean doAcquireNanos(int arg, long nanosTimeout)
throws InterruptedException {
long lastTime = System.nanoTime();
final Node node = addWaiter(Node.EXCLUSIVE);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return true;
}
if (nanosTimeout <= 0)
return false;
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
nanosTimeout > spinForTimeoutThreshold) //区别
LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout); //区别
long now = System.nanoTime();
nanosTimeout -= now - lastTime;
lastTime = now;
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
/**
* The number of nanoseconds for which it is faster to spin
* rather than to use timed park. A rough estimate suffices
* to improve responsiveness with very short timeouts.
*/
static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L;
和前面的doAcquireInterruptibly方法类似，区别在于方法实现里面加入了超时时间的检测，如果超时方法返回false。阻塞部分较之前也有区别，如果剩余的超时时间小于1000纳秒，方法自旋；否则当前线程阻塞一段时间(剩余超时时间时长)。方法实现里其他方法的分析可以参考前面。
看完了独占模式下的请求方法，继续分析共享模式下的请求方法。首先看下忽略中断的请求方法：
/**
* Acquires in shared mode, ignoring interrupts. Implemented by
* first invoking at least once {@link #tryAcquireShared},
* returning on success. Otherwise the thread is queued, possibly
* repeatedly blocking and unblocking, invoking {@link
* #tryAcquireShared} until success.
*
* @param arg the acquire argument. This value is conveyed to
* {@link #tryAcquireShared} but is otherwise uninterpreted
* and can represent anything you like.
*/
public final void acquireShared(int arg) {
//首先调用tryAcquireShared方法
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
//如果tryAcquireShared方法返回结果小于0，继续调用doAcquireShared方法。
doAcquireShared(arg);
}
acquireShared方法中首先调用tryAcquireShared方法，如果tryAcquireShared返回值大于等于0，说明请求成功，直接返回；否则，继续调用doAcquireShared方法。先看一下tryAcquireShared方法，该方法在AQS中并没有具体实现，同样开放出来，交由子类去实现。
/**
* 在共享模式下尝试请求(控制权)。这个方法(实现)应该查看一下对象的
* 状态是否允许在共享模式下请求，如果允许再进行请求。
*
* 这个方法总是被请求线程执行，如果方法执行失败，会将当前线程放到
* 同步等待队列中(如果当前线程还不在同步等待队列中)，直到被其他线程的释放
* 操作唤醒。
*
* <p>The default implementation throws {@link
* UnsupportedOperationException}.
*
* @param arg the acquire argument. This value is always the one
* passed to an acquire method, or is the value saved on entry
* to a condition wait. The value is otherwise uninterpreted
* and can represent anything you like.
* @return 返回负数表示失败；返回0表示共享模式下的请求成功，但是接下来
* 的共享模式请求不会成功；返回正数表示共享模式请求成功，接下来
* 的共享模式请求也可以成功，当然前提是接下来的等待线程必须检测
* 对象的状态是否允许请求。(Support for three different
* return values enables this method to be used in contexts
* where acquires only sometimes act exclusively.) Upon
* success, this object has been acquired.
* @throws IllegalMonitorStateException if acquiring would place this
* synchronizer in an illegal state. This exception must be
* thrown in a consistent fashion for synchronization to work
* correctly.
* @throws UnsupportedOperationException if shared mode is not supported
*/
protected int tryAcquireShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
接下来看一下doAcquireShared方法。
/**
* Acquires in shared uninterruptible mode.
* @param arg the acquire argument
*/
private void doAcquireShared(int arg) {
//将当前线程以共享模式加入同步等待队列。
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
//请求主循环
for (;;) {
//获取当前节点的前驱节点p
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
//如果p是头节点。再次调用tryAcquireShared方法。
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
//如果tryAcquireShared方法执行成功，执行setHeadAndPropagate
setHeadAndPropagate(node, r);
//p节点被移除，置空next引用，帮助GC。
p.next = null; // help GC
if (interrupted)//检测中断状态，传递中断状态。
selfInterrupt();
//标记方法请求成功。
failed = false;
return;
}
}
//如果当前节点的前驱节点不是头节点，判断当前节点
//请求失败后是否要被阻塞，如果是，阻塞并保存当前线程中断状态。
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)//如果请求失败，取消当前节点。
cancelAcquire(node);
}
}
上面的方法实现里，如果请求成功，会调用setHeadAndPropagate方法，看下这个方法的实现。
/**
* 将node设置为同步等待队列的头节点，并且检测一下node的后继节点是
* 否在共享模式下等待，如果是，并且propagate > 0 或者之前头节
* 点的等待状态是PROPAGATE，唤醒后续节点。
*
* @param node the node
* @param propagate the return value from a tryAcquireShared
*/
private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
Node h = head; // Record old head for check below
setHead(node);
/*
* 尝试去唤醒队列中的下一个节点，如果满足如下条件：
* 调用者明确表示"传递"(propagate > 0),
* 或者h.waitStatus为PROPAGATE(被上一个操作设置)
* (注:这里使用符号检测是因为PROPAGATE状态可能会变成SIGNAL状态)
* 并且
* 下一个节点处于共享模式或者为null。
*
* The conservatism in both of these checks may cause
* unnecessary wake-ups, but only when there are multiple
* racing acquires/releases, so most need signals now or soon
* anyway.
*/
if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0) {
Node s = node.next;
if (s == null || s.isShared())
doReleaseShared();
}
}
继续看下doReleaseShared方法。
/**
* 共享模式下的释放(控制权)动作 -- 唤醒后继节点并保证传递。
* 注:在独占模式下，释放仅仅意味着如果有必要，唤醒头节点的
* 后继节点。
*/
private void doReleaseShared() {
/*
* 保证释放动作(向同步等待队列尾部)传递，即使没有其他正在进行的
* 请求或释放动作。如果头节点的后继节点需要唤醒，那么执行唤
* 动作；如果不需要，将头结点的等待状态设置为PROPAGATE保证
* 唤醒传递。另外，为了防止过程中有新节点进入(队列)，这里必
* 需做循环，所以，和其他unparkSuccessor方法使用方式不一样
* 的是，如果(头结点)等待状态设置失败，重新检测。
*/
for (;;) {
Node h = head;
//判断同步等待队列是否为空
if (h != null && h != tail) {
//如果不为空，获取头节点的等待状态。
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) {
//如果等待状态是SIGNAL，说明其后继节点需要唤醒
//尝试修改等待状态
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue; //如果修改失败，重新循环检测。
unparkSuccessor(h);//如果修改成功，唤醒头节点的后继节点。
}
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)) //如果等待状态是0，尝试将其(头节点)设置为PROPAGATE
continue; // 如果设置失败，继续循环检测。
}
if (h == head) // 如果过程中头节点没有发生变化，循环退出；否则需要继续检测。
break;
}
}
总结一下acquireShared方法中的逻辑：
1.调用tryAcquireShared方法进行(控制权)请求，如果请求成功，方法直接返回。
2.如果请求失败，那么会使用当前线程建立一个共享模式的节点，然后将节点放到同步等待队列的队尾。然后进入一个无限循环。
3.无限循环中会判断当前同步等待队列中是否有其他线程。
4.如果没有，再次调用tryAcquireShared进行请求。
5.如果请求成功，将当前节点设置为同步等待队列头节点，同时检查是否需要继续唤醒下一个共享模式的节点，如果需要就继续执行唤醒动作。当然还会向上传递中断状态，然后主循环退出。
6.如果同步等待队列中有其他线程(在当前线程前面)，或者第4步的请求失败，那么首先需要检查当前节点是否已经设置"等待唤醒"标记，即将其非取消状态前驱节点的等待状态设置为SIGNAL。
7.如果未设置"等待唤醒"标记，进行标记设置，然后继续进行无限循环，进入第3步。
8.如果已经设置"等待唤醒"标记，那么阻塞当前线程(节点)。
9.当前节点(线程)被唤醒后，设置(传递)中断标记，然后继续进行无限循环，进入第3步。
10.最后在无限循环退出后，要判断请求是否失败(由于一些原因，循环退出，但请求失败)，如果失败，取消当前节点。
接下来看一下共享模式下，响应中断的请求方法，这个方法会抛出中断异常：
/**
* Acquires in shared mode, aborting if interrupted. Implemented
* by first checking interrupt status, then invoking at least once
* {@link #tryAcquireShared}, returning on success. Otherwise the
* thread is queued, possibly repeatedly blocking and unblocking,
* invoking {@link #tryAcquireShared} until success or the thread
* is interrupted.
* @param arg the acquire argument
* This value is conveyed to {@link #tryAcquireShared} but is
* otherwise uninterpreted and can represent anything
* you like.
* @throws InterruptedException if the current thread is interrupted
*/
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted()) //如果当前线程被中断，抛出中断异常。
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0) //首先调用tryAcquireShared请求方法，请求失败的话，继续调用doAcquireSharedInterruptibly方法。
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
继续看doAcquireSharedInterruptibly方法。
/**
* Acquires in shared interruptible mode.
* @param arg the acquire argument
*/
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException(); //区别
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
和doAcquireShared方法基本一致，唯一区别就是没有传递线程中断状态，而是直接抛出中断异常。 最后看一下共享模式下，响应中断并且支持超时的请求方法：
/**
* Attempts to acquire in shared mode, aborting if interrupted, and
* failing if the given timeout elapses. Implemented by first
* checking interrupt status, then invoking at least once {@link
* #tryAcquireShared}, returning on success. Otherwise, the
* thread is queued, possibly repeatedly blocking and unblocking,
* invoking {@link #tryAcquireShared} until success or the thread
* is interrupted or the timeout elapses.
*
* @param arg the acquire argument. This value is conveyed to
* {@link #tryAcquireShared} but is otherwise uninterpreted
* and can represent anything you like.
* @param nanosTimeout the maximum number of nanoseconds to wait
* @return {@code true} if acquired; {@code false} if timed out
* @throws InterruptedException if the current thread is interrupted
*/
public final boolean tryAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout) throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted()) //如果当前线程被中断，抛出中断异常。
throw new InterruptedException();
return tryAcquireShared(arg) >= 0 || //首先调用tryAcquireShared请求方法，请求失败的话，继续调用doAcquireSharedNanos方法。
doAcquireSharedNanos(arg, nanosTimeout);
}
看下doAcquireSharedNanos方法：
/**
* Acquires in shared timed mode.
*
* @param arg the acquire argument
* @param nanosTimeout max wait time
* @return {@code true} if acquired
*/
private boolean doAcquireSharedNanos(int arg, long nanosTimeout)
throws InterruptedException {
long lastTime = System.nanoTime();
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return true;
}
}
if (nanosTimeout <= 0)
return false;
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
nanosTimeout > spinForTimeoutThreshold)
LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);
long now = System.nanoTime();
nanosTimeout -= now - lastTime;
lastTime = now;
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L;
和前面的doAcquireSharedInterruptibly方法类似，区别在于方法实现里面加入了超时时间的检测，如果超时方法返回false。阻塞部分较之前也有区别，如果剩余的超时时间小于1000纳秒，方法自旋；否则当前线程阻塞一段时间(剩余超时时间时长)。方法实现里其他方法的分析可以参考前面。 请求方法都分析完毕，下面开始分析释放方法，首先看下独占模式下的释放方法：
/**
* 独占模式下的释放方法。方法实现中，如果tryRelease返回true，会唤醒
* 一个或者多个线程。这个方法可以用来实现Lock的unlock方法。
*
* @param arg the release argument. This value is conveyed to
* {@link #tryRelease} but is otherwise uninterpreted and
* can represent anything you like.
* @return the value returned from {@link #tryRelease}
*/
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
方法中首先调用tryRelease。如果调用成功，继续判断同步等待队列里是否有需要唤醒的线程，如果有，进行唤醒。 unparkSuccessor方法之前已经分析过，这里看下tryRelease方法，该方法并没有具体实现，而是交给子类去实现：
/**
* 尝试设置(AQS的)状态，反映出独占模式下的一个释放动作。
*
* 这个方法在线程释放(控制权)的时候被调用。
*
* <p>The default implementation throws
* {@link UnsupportedOperationException}.
*
* @param arg the release argument. This value is always the one
* passed to a release method, or the current state value upon
* entry to a condition wait. The value is otherwise
* uninterpreted and can represent anything you like.
* @return {@code true} if this object is now in a fully released
* state, so that any waiting threads may attempt to acquire;
* and {@code false} otherwise.
* @throws IllegalMonitorStateException if releasing would place this
* synchronizer in an illegal state. This exception must be
* thrown in a consistent fashion for synchronization to work
* correctly.
* @throws UnsupportedOperationException if exclusive mode is not supported
*/
protected boolean tryRelease(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
最后看下共享模式下的释放方法：
/**
* 共享模式下的释放方法。方法实现中，如果tryReleaseShared方法
* 返回true，那么会唤醒一个或者多个线程。
*
* @param arg the release argument. This value is conveyed to
* {@link #tryReleaseShared} but is otherwise uninterpreted
* and can represent anything you like.
* @return the value returned from {@link #tryReleaseShared}
*/
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
doReleaseShared方法之前已经分析过，这里看下tryReleaseShared方法，该方法并没有具体实现，而是交给子类去实现：
/**
* 尝试设置(AQS的)状态，反映出共享模式下的一个释放动作。
*
* 这个方法在线程释放(控制权)的时候被调用。
*
* <p>The default implementation throws
* {@link UnsupportedOperationException}.
*
* @param arg the release argument. This value is always the one
* passed to a release method, or the current state value upon
* entry to a condition wait. The value is otherwise
* uninterpreted and can represent anything you like.
* @return {@code true} if this release of shared mode may permit a
* waiting acquire (shared or exclusive) to succeed; and
* {@code false} otherwise
* @throws IllegalMonitorStateException if releasing would place this
* synchronizer in an illegal state. This exception must be
* thrown in a consistent fashion for synchronization to work
* correctly.
* @throws UnsupportedOperationException if shared mode is not supported
*/
protected boolean tryReleaseShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
注意一下！
AQS开放了几个方法交由子类实现(本类中抛出UnsupportedOperationException)，分别是：
tryAcquire
tryRelease
tryAcquireShared
tryReleaseShared
isHeldExclusively
子类(具体同步器的内部同步机制)一般只需按照具体逻辑实现这几个方法就可以，注意这个方法内部需要考虑线程安全问题。
以上是AQS中最重要的两类流程的方法实现，接下来看一下AQS中提供的一些检查方法：
/**
* 查询同步等待队列中是否有线程在等待(请求控制权)。
* 注：因为由中断和超时引起的取消随时会发生，所以此方法并不能保证
* 结果准确。
*
* 方法时间复杂度为常数时间。
*
* @return {@code true} if there may be other threads waiting to acquire
*/
public final boolean hasQueuedThreads() {
return head != tail;
}
/**
* 查询是否有线程竞争发生，也就是说是否有请求发生过阻塞。
*
* 方法时间复杂度为常数时间。
*
* @return {@code true} if there has ever been contention
*/
public final boolean hasContended() {
return head != null;
}
/**
* 返回同步等待队列中第一个(最前面)线程，如果没有，返回空。
*
* 正常情况下，方法的时间复杂度为常数时间；如果发生竞争
* 会有一些迭代过程。
*
* @return the first (longest-waiting) thread in the queue, or
* {@code null} if no threads are currently queued
*/
public final Thread getFirstQueuedThread() {
//先简单判断一下队列中是否有线程，没有的话，直接返回null；否则，调用fullGetFirstQueuedThread方法。
return (head == tail) ? null : fullGetFirstQueuedThread();
}
/**
* Version of getFirstQueuedThread called when fastpath fails
*/
private Thread fullGetFirstQueuedThread() {
/*
* 通常情况下，头结点的next指向的就是队列里第一个节点。
* 尝试获取第一个节点的线程域，保证读取的一致性：如果
* 线程域为null，或者第一个节点的前驱节点已经不是头节
* 点，那么说有其他线程正在调用setHead方法。这里尝试
* 获取(比较)两次，如果获取失败，再进行下面的遍历。
*/
Node h, s;
Thread st;
if (((h = head) != null && (s = h.next) != null &&
s.prev == head && (st = s.thread) != null) ||
((h = head) != null && (s = h.next) != null &&
s.prev == head && (st = s.thread) != null))
return st;
/*
* 头结点的next域可能还没有设置，或者已经在setHead后被重置。
* 所以我们必须验证尾节点是否是真的是第一个节点。如果不是，
* 如果不是，从尾节点反向遍历去查找头结点，确保程序退出。
*/
Node t = tail;
Thread firstThread = null;
while (t != null && t != head) {
Thread tt = t.thread;
if (tt != null)
firstThread = tt;
t = t.prev;
}
return firstThread;
}
/**
* 判断当前线程是否在同步等待队列中。
*
* <p>This implementation traverses the queue to determine
* presence of the given thread.
*
* @param thread the thread
* @return {@code true} if the given thread is on the queue
* @throws NullPointerException if the thread is null
*/
public final boolean isQueued(Thread thread) {
if (thread == null)
throw new NullPointerException();
//反向遍历同步等待队列，查找给定线程是否存在。
for (Node p = tail; p != null; p = p.prev)
if (p.thread == thread)
return true;
return false;
}
/**
* 如果同步等待队列中第一个线程是独占模式，返回true。
* 如果这个方法返回true，并且当前线程正尝试在共享模式下请求，那么可
* 以保证当前线程不是同步等待队列里的第一个线程。
*/
final boolean apparentlyFirstQueuedIsExclusive() {
Node h, s;
return (h = head) != null &&
(s = h.next) != null &&
!s.isShared() &&
s.thread != null;
}
/**
* 判断同步等待队列里面是否存在比当前线程更早的线程。
*
* 相当于调用如下代码：
* getFirstQueuedThread() != Thread.currentThread() && hasQueuedThreads()
*
* <p>Note that because cancellations due to interrupts and
* timeouts may occur at any time, a {@code true} return does not
* guarantee that some other thread will acquire before the current
* thread. Likewise, it is possible for another thread to win a
* race to enqueue after this method has returned {@code false},
* due to the queue being empty.
*
* 这个方法主要用来避免"插队"问题。
* @return {@code true} if there is a queued thread preceding the
* current thread, and {@code false} if the current thread
* is at the head of the queue or the queue is empty
* @since 1.7
*/
final boolean hasQueuedPredecessors() {
// The correctness of this depends on head being initialized
// before tail and on head.next being accurate if the current
// thread is first in queue.
Node t = tail; // Read fields in reverse initialization order
Node h = head;
Node s;
return h != t &&
((s = h.next) == null || s.thread != Thread.currentThread());
}
最后看一下AQS中提供的一些支持监控功能的方法：
/**
* 获取当前同步等待队列中线程的(估计)数量。
*
* @return the estimated number of threads waiting to acquire
*/
public final int getQueueLength() {
int n = 0;
for (Node p = tail; p != null; p = p.prev) {
if (p.thread != null)
++n;
}
return n;
}
/**
* 获取当前正在同步等待队列中等待的线程(不精确)。
*
* @return the collection of threads
*/
public final Collection<Thread> getQueuedThreads() {
ArrayList<Thread> list = new ArrayList<Thread>();
for (Node p = tail; p != null; p = p.prev) {
Thread t = p.thread;
if (t != null)
list.add(t);
}
return list;
}
/**
* 获取当前正在同步等待队列中以独占模式进行等待的线程(不精确)。
*
* @return the collection of threads
*/
public final Collection<Thread> getExclusiveQueuedThreads() {
ArrayList<Thread> list = new ArrayList<Thread>();
for (Node p = tail; p != null; p = p.prev) {
if (!p.isShared()) {
Thread t = p.thread;
if (t != null)
list.add(t);
}
}
return list;
}
/**
* 获取当前正在同步等待队列中以共享模式进行等待的线程(不精确)。
*
* @return the collection of threads
*/
public final Collection<Thread> getSharedQueuedThreads() {
ArrayList<Thread> list = new ArrayList<Thread>();
for (Node p = tail; p != null; p = p.prev) {
if (p.isShared()) {
Thread t = p.thread;
if (t != null)
list.add(t);
}
}
return list;
}
- 内部类ConditionObject：
ConditionObject是AQS中提供的一种锁的基础机制，实现了接口Condition。
Condition是一种类似于Object监视条件的一种机制，相对于Object来说，Condition能让线程在各自条件下的等待队列等待，而不是像Object一样，在同一个等待队列里面等待。
Condition提供了await/signal/signalAll来支持与Object wait/notify/nofityAll类似的功能。
Condition由Lock内建支持，使用起来会很方便，直接调用Lock的newCondition方法，便可以获得一个与其相关联的条件对象。
Condition接口的方法定义：
public interface Condition {
void await() throws InterruptedException;
void awaitUninterruptibly();
long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException;
boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException;
void signal();
void signalAll();
}
接下来分析ConditionObject类中的实现，首先看下内部数据结构：
public class ConditionObject implements Condition, java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1173984872572414699L;
/** First node of condition queue. */
private transient Node firstWaiter;
/** Last node of condition queue. */
private transient Node lastWaiter;
/**
* Creates a new <tt>ConditionObject</tt> instance.
*/
public ConditionObject() { }
...
}
内部结构非常简单，也是链表结构，表示一个条件等待队列。(每个条件一个队列)
像AQS一样，从等待和唤醒两条主线开始分析，先看一下支持中断的等待方法，await方法。
/**
* 可中断的条件等待方法.
* <ol>
* <li> If current thread is interrupted, throw InterruptedException.
* <li> Save lock state returned by {@link #getState}.
* <li> Invoke {@link #release} with
* saved state as argument, throwing
* IllegalMonitorStateException if it fails.
* <li> Block until signalled or interrupted.
* <li> Reacquire by invoking specialized version of
* {@link #acquire} with saved state as argument.
* <li> If interrupted while blocked in step 4, throw InterruptedException.
* </ol>
*/
public final void await() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted()) //如果当前线程被中断，抛出InterruptedException异常。
throw new InterruptedException();
//将当前线程添加到条件等待队列。
Node node = addConditionWaiter();
//释放当前线程对AQS的控制权，并返回当前AQS中的state值。
int savedState = fullyRelease(node);
int interruptMode = 0;
while (!isOnSyncQueue(node)) {
//如果当前线程不在AQS的同步等待队列中，那么阻塞当前线程。
LockSupport.park(this);
//其他线程调用相同条件上的signal/signalALl方法时，会将这个节点从条件队列转义到AQS的同步等待队列中。
//被唤醒后需要检查是否在等待过程中被中断。
if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break; //如果发生了中断，退出循环。
}
//重新请求AQS的控制权。
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT;
if (node.nextWaiter != null) // clean up if cancelled
unlinkCancelledWaiters();
if (interruptMode != 0) //如果上面发生过中断，这里处理中断。
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
}
先看下上面方法内部调用的addConditionWaiter方法：
/**
* Adds a new waiter to wait queue.
* @return its new wait node
*/
private Node addConditionWaiter() {
Node t = lastWaiter;
// If lastWaiter is cancelled, clean out.
if (t != null && t.waitStatus != Node.CONDITION) {
unlinkCancelledWaiters();
t = lastWaiter;
}
//创建一个当前线程对应的节点。
Node node = new Node(Thread.currentThread(), Node.CONDITION);
if (t == null) //如果是队列中第一个节点，那么将firstWaiter指向这个节点，后面也会将lastWaiter指向这个节点。
firstWaiter = node;
else //如果是队列中已经存在其他节点，那么将原本lastWaiter的nextWaiter指向当前节点。
t.nextWaiter = node;
lastWaiter = node; //最后将lastWaiter指向当前节点。
return node; //返回当前节点。
}
看下方法中调用的unlinkCancelledWaiters方法：
/**
* 移除条件等待队列中的取消状态节点。这个方法一定是在持有锁
* (拥有AQS控制权)的情况下被调用的(所以不存在竞争)。
* 当等待条件时被(节点的线程)取消，或者当lastWaiter被取消后
* 条件等待队列中进入了一个新节点时会调用这个方法。
* 这个方法需要避免由于没有signal而引起的垃圾滞留。所以尽管
* 方法内会做一个完全遍历，也只有超时获或取消时(没有signal的
* 情况下)才被调用。方法中会遍历所有节点，切断所有指向垃圾节
* 点的引用，而不是一次取消切断一个引用。
*/
private void unlinkCancelledWaiters() {
//获取条件等待队列的头节点t
Node t = firstWaiter;
Node trail = null;
while (t != null) {
//如果队列中有等待节点。获取头节点的nextWaiter节点next。
Node next = t.nextWaiter;
if (t.waitStatus != Node.CONDITION) {
//如果t被取消。将t的nextWaiter置空。
t.nextWaiter = null;
if (trail == null) //将next设置为头节点(移除之前的取消节点)
firstWaiter = next;
else //否则说明队列前端有未取消的节点，这里做下拼接(移除中间的取消节点)
trail.nextWaiter = next;
if (next == null)
lastWaiter = trail; //最后设置尾节点。
}
else //如果t没被取消。将trail指向t。
trail = t;
t = next;
}
}
再继续看下await方法中调用的fullyRelease方法：
/**
* 调用release方法并传入当前的state。
* 调用成功会返回传入release方法之前的state.
* 失败会抛出异常，并取消当前节点。
* @param node the condition node for this wait
* @return previous sync state
*/
final int fullyRelease(Node node) {
boolean failed = true;
try {
int savedState = getState();
if (release(savedState)) {
failed = false;
return savedState;
} else {
throw new IllegalMonitorStateException();
}
} finally {
if (failed)
node.waitStatus = Node.CANCELLED;
}
}
看下await方法中调用的isOnSyncQueue方法：
/**
* 如果一个node最初放在一个条件队列里，而现在正在AQS的同步等待队列里，
* 返回true。
* @param node the node
* @return true if is reacquiring
*/
final boolean isOnSyncQueue(Node node) {
if (node.waitStatus == Node.CONDITION || node.prev == null)
return false;
if (node.next != null) //如果有后继节点，说明肯定在AQS同步等待队列里。
return true;
/*
* 之前的代码中分析到过，node.prev不为空并不能说明节点在AQS的
* 同步等待队列里面，因为后续的CAS操作可能会失败，所以这里从尾节
* 开始反向遍历。
*/
return findNodeFromTail(node);
}
/**
* Returns true if node is on sync queue by searching backwards from tail.
* Called only when needed by isOnSyncQueue.
* @return true if present
*/
private boolean findNodeFromTail(Node node) {
Node t = tail;
for (;;) {
if (t == node)
return true;
if (t == null)
return false;
t = t.prev;
}
}
看下await方法中调用的checkInterruptWhileWaiting方法：
/** 在等待退出时重新中断(传递中断状态) */
private static final int REINTERRUPT = 1;
/** 在等待退出时抛出异常 */
private static final int THROW_IE = -1;
/**
* Checks for interrupt, returning THROW_IE if interrupted
* before signalled, REINTERRUPT if after signalled, or
* 0 if not interrupted.
*/
private int checkInterruptWhileWaiting(Node node) {
return Thread.interrupted() ?
(transferAfterCancelledWait(node) ? THROW_IE : REINTERRUPT) :
0;
}
/**
* 在取消等待后，将节点转移到同步队列中。如果线程在唤醒钱被
* 取消，返回true。
* @param current the waiting thread
* @param node its node
* @return true if cancelled before the node was signalled
*/
final boolean transferAfterCancelledWait(Node node) {
if (compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0)) {
enq(node);
return true;
}
/*
* If we lost out to a signal(), then we can't proceed
* until it finishes its enq(). Cancelling during an
* incomplete transfer is both rare and transient, so just
* spin.
*/
while (!isOnSyncQueue(node))
Thread.yield();
return false;
}
最后看下await方法中调用的reportInterruptAfterWait方法：
/**
* Throws InterruptedException, reinterrupts current thread, or
* does nothing, depending on mode.
*/
private void reportInterruptAfterWait(int interruptMode)
throws InterruptedException {
if (interruptMode == THROW_IE)
throw new InterruptedException();
else if (interruptMode == REINTERRUPT)
selfInterrupt();
}
/**
* Convenience method to interrupt current thread.
*/
private static void selfInterrupt() {
Thread.currentThread().interrupt();
}
总结一下await方法中的逻辑：
1.如果当前线程有中断状态，抛出InterruptedException异常。
2.添加当前线程到条件等待队列。
3.释放当前线程对AQS的控制权，并保存释放前AQS的状态(state域)。
4.进入条件循环，条件为判断当前线程是否在AQS同步队列中，如果不在那么阻塞当前线程；如果在AQS同步队列中，就到第7步。
5.当前线程被(其他线程)唤醒后，要检查等待过程中是否被中断或者取消，如果不是，继续循环，到第4步。
6.如果是，保存中断状态和模式，然后退出条件循环。
7.请求AQS控制权，然后做一些收尾工作，如果被取消，清理一下条件等待队列；然后按照中断模式处理一下中断。
然后看一下不能中断的等待方法，awaitUninterruptibly方法：
/**
* Implements uninterruptible condition wait.
* <ol>
* <li> Save lock state returned by {@link #getState}.
* <li> Invoke {@link #release} with
* saved state as argument, throwing
* IllegalMonitorStateException if it fails.
* <li> Block until signalled.
* <li> Reacquire by invoking specialized version of
* {@link #acquire} with saved state as argument.
* </ol>
*/
public final void awaitUninterruptibly() {
Node node = addConditionWaiter();
int savedState = fullyRelease(node);
boolean interrupted = false;
while (!isOnSyncQueue(node)) {
LockSupport.park(this);
if (Thread.interrupted())
interrupted = true;
}
if (acquireQueued(node, savedState) || interrupted)
selfInterrupt();
}
awaitUninterruptibly的逻辑相对await来说更加明确，条件循环中如果线程被中断，直接退出。后续只需要传递中断状态即可。 再看一下支持超时和中断的等待方法，awaitNanos和await(long time, TimeUnit unit)方法：
/**
* Implements timed condition wait.
* <ol>
* <li> If current thread is interrupted, throw InterruptedException.
* <li> Save lock state returned by {@link #getState}.
* <li> Invoke {@link #release} with
* saved state as argument, throwing
* IllegalMonitorStateException if it fails.
* <li> Block until signalled, interrupted, or timed out.
* <li> Reacquire by invoking specialized version of
* {@link #acquire} with saved state as argument.
* <li> If interrupted while blocked in step 4, throw InterruptedException.
* </ol>
*/
public final long awaitNanos(long nanosTimeout) throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
Node node = addConditionWaiter();
int savedState = fullyRelease(node);
long lastTime = System.nanoTime();
int interruptMode = 0;
while (!isOnSyncQueue(node)) {
if (nanosTimeout <= 0L) {
transferAfterCancelledWait(node);
break;
}
LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);
if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break;
long now = System.nanoTime();
nanosTimeout -= now - lastTime;
lastTime = now;
}
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT;
if (node.nextWaiter != null)
unlinkCancelledWaiters();
if (interruptMode != 0)
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
return nanosTimeout - (System.nanoTime() - lastTime);
}
/**
* Implements timed condition wait.
* <ol>
* <li> If current thread is interrupted, throw InterruptedException.
* <li> Save lock state returned by {@link #getState}.
* <li> Invoke {@link #release} with
* saved state as argument, throwing
* IllegalMonitorStateException if it fails.
* <li> Block until signalled, interrupted, or timed out.
* <li> Reacquire by invoking specialized version of
* {@link #acquire} with saved state as argument.
* <li> If interrupted while blocked in step 4, throw InterruptedException.
* <li> If timed out while blocked in step 4, return false, else true.
* </ol>
*/
public final boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
if (unit == null)
throw new NullPointerException();
long nanosTimeout = unit.toNanos(time);
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
Node node = addConditionWaiter();
int savedState = fullyRelease(node);
long lastTime = System.nanoTime();
boolean timedout = false;
int interruptMode = 0;
while (!isOnSyncQueue(node)) {
if (nanosTimeout <= 0L) {
timedout = transferAfterCancelledWait(node);
break;
}
if (nanosTimeout >= spinForTimeoutThreshold)
LockSupport.parkNanos(this, nanosTimeout);
if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break;
long now = System.nanoTime();
nanosTimeout -= now - lastTime;
lastTime = now;
}
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT;
if (node.nextWaiter != null)
unlinkCancelledWaiters();
if (interruptMode != 0)
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
return !timedout;
}
和await相比，这两个方法只是加入了超时取消的机制。 最后看一下支持限时和中断的等待方法，awaitUntil方法：
/**
* Implements absolute timed condition wait.
* <ol>
* <li> If current thread is interrupted, throw InterruptedException.
* <li> Save lock state returned by {@link #getState}.
* <li> Invoke {@link #release} with
* saved state as argument, throwing
* IllegalMonitorStateException if it fails.
* <li> Block until signalled, interrupted, or timed out.
* <li> Reacquire by invoking specialized version of
* {@link #acquire} with saved state as argument.
* <li> If interrupted while blocked in step 4, throw InterruptedException.
* <li> If timed out while blocked in step 4, return false, else true.
* </ol>
*/
public final boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException {
if (deadline == null)
throw new NullPointerException();
long abstime = deadline.getTime();
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
Node node = addConditionWaiter();
int savedState = fullyRelease(node);
boolean timedout = false;
int interruptMode = 0;
while (!isOnSyncQueue(node)) {
if (System.currentTimeMillis() > abstime) {
timedout = transferAfterCancelledWait(node);
break;
}
LockSupport.parkUntil(this, abstime);
if ((interruptMode = checkInterruptWhileWaiting(node)) != 0)
break;
}
if (acquireQueued(node, savedState) && interruptMode != THROW_IE)
interruptMode = REINTERRUPT;
if (node.nextWaiter != null)
unlinkCancelledWaiters();
if (interruptMode != 0)
reportInterruptAfterWait(interruptMode);
return !timedout;
}
和awaitNanos基本一致，只是时间检测变成了和绝对时间相比较，而不是去判断超时时间的剩余量。 分析完了等待方法，再分析下唤醒方法，先看一下signal方法。
/**
* 将条件等待队列里面等待时间最长(链表最前面)的线程(如果存在的话)
* 移动到AQS同步等待队列里面。
*
* @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
* returns {@code false}
*/
public final void signal() {
//判断AQS的控制权是否被当前线程以独占的方式持有。如果不是，抛出IllegalMonitorStateException异常。
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
Node first = firstWaiter;
if (first != null) //如果有线程在条件队列里面等待，那么执行doSignal方法。
doSignal(first);
}
看下doSignal方法：
/**
* Removes and transfers nodes until hit non-cancelled one or
* null. Split out from signal in part to encourage compilers
* to inline the case of no waiters.
* @param first (non-null) the first node on condition queue
*/
private void doSignal(Node first) {
do {
//移除first
if ( (firstWaiter = first.nextWaiter) == null)
lastWaiter = null;
first.nextWaiter = null;
//然后调用transferForSignal，如果调用失败且条件等待队列不为空，继续上面过程；否则方法结束。
} while (!transferForSignal(first) &&
(first = firstWaiter) != null);
}
看下transferForSignal方法：
/**
* 将一个节点从条件等待队列转移到同步等待队列。
* 如果成功，返回true。
* @param node the node
* @return true if successfully transferred (else the node was
* cancelled before signal).
*/
final boolean transferForSignal(Node node) {
/*
* 如果设置等待状态失败，说明节点已经被取消了，直接返回false。
*/
if (!compareAndSetWaitStatus(node, Node.CONDITION, 0))
return false;
/*
* Splice onto queue and try to set waitStatus of predecessor to
* indicate that thread is (probably) waiting. If cancelled or
* attempt to set waitStatus fails, wake up to resync (in which
* case the waitStatus can be transiently and harmlessly wrong).
*/
//将node加入到AQS同步等待队列中，并返回node的前驱节点。
Node p = enq(node);
int ws = p.waitStatus;
//如果前驱节点被取消，或者尝试设置前驱节点的状态为SIGNAL(表示node节点需要唤醒)失败，那么唤醒node节点上的线程。
if (ws > 0 || !compareAndSetWaitStatus(p, ws, Node.SIGNAL))
LockSupport.unpark(node.thread);
return true;
}
再看一下signalAll方法，相对于signal方法，signalAll方法会将条件等待队列中全部线程都移动到AQS的同步等待队列中：
/**
* Moves all threads from the wait queue for this condition to
* the wait queue for the owning lock.
*
* @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
* returns {@code false}
*/
public final void signalAll() {
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
Node first = firstWaiter;
if (first != null)
doSignalAll(first); //与signal唯一区别是这里调用了doSignalAll方法。
}
继续看doSignalAll方法：
/**
* Removes and transfers all nodes.
* @param first (non-null) the first node on condition queue
*/
private void doSignalAll(Node first) {
//首先将条件队列的头尾节点置空
lastWaiter = firstWaiter = null;
do {
Node next = first.nextWaiter;
first.nextWaiter = null;
//移动first指向的节点，然后将first指向下一个节点，直到最后。
transferForSignal(first);
first = next;
} while (first != null);
}
结合之前的await小总结一下：
await就是把当前线程放到对应条件的等待队列里面，然后阻塞当前线程。
signal就是把对应条件的等待队里的线程移动到对应AQS的同步等待队列里面，随后线程会被唤醒。
注：await存在"伪唤醒"问题，所以被唤醒后应该再次检测等待条件：
while(condition不满足) { conditionObject.await() }
最后看一下ConditionObject提供的一些支持监测功能的方法：
/**
* 判断当前条件是否由给定的同步器(AQS)创建。
*
* @return {@code true} if owned
*/
final boolean isOwnedBy(AbstractQueuedSynchronizer sync) {
return sync == AbstractQueuedSynchronizer.this;
}
/**
* 判断当前条件队列中是否存在等待的线程。
*
* @return {@code true} if there are any waiting threads
* @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
* returns {@code false}
*/
protected final boolean hasWaiters() {
if (!isHeldExclusively()) //前提必须是当前线程独占的持有控制权。
throw new IllegalMonitorStateException();
//遍历条件等待队列，查找等待线程(节点)
for (Node w = firstWaiter; w != null; w = w.nextWaiter) {
if (w.waitStatus == Node.CONDITION)
return true;
}
return false;
}
/**
* 获取当前条件等待队列中等待线程的(估计)数量。
* Implements {@link AbstractQueuedSynchronizer#getWaitQueueLength}.
*
* @return the estimated number of waiting threads
* @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
* returns {@code false}
*/
protected final int getWaitQueueLength() {
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
int n = 0;
for (Node w = firstWaiter; w != null; w = w.nextWaiter) {
if (w.waitStatus == Node.CONDITION)
++n;
}
return n;
}
/**
* 获取当前条件等待队列中的等待线程。
* Implements {@link AbstractQueuedSynchronizer#getWaitingThreads}.
*
* @return the collection of threads
* @throws IllegalMonitorStateException if {@link #isHeldExclusively}
* returns {@code false}
*/
protected final Collection<Thread> getWaitingThreads() {
if (!isHeldExclusively())
throw new IllegalMonitorStateException();
ArrayList<Thread> list = new ArrayList<Thread>();
for (Node w = firstWaiter; w != null; w = w.nextWaiter) {
if (w.waitStatus == Node.CONDITION) {
Thread t = w.thread;
if (t != null)
list.add(t);
}
}
return list;
}
- AQS继承了类java.util.concurrent.locks.AbstractOwnableSynchronizer，看下这个类的代码：
/**
* A synchronizer that may be exclusively owned by a thread. This
* class provides a basis for creating locks and related synchronizers
* that may entail a notion of ownership. The
* <tt>AbstractOwnableSynchronizer</tt> class itself does not manage or
* use this information. However, subclasses and tools may use
* appropriately maintained values to help control and monitor access
* and provide diagnostics.
*
* @since 1.6
* @author Doug Lea
*/
public abstract class AbstractOwnableSynchronizer
implements java.io.Serializable {
/** Use serial ID even though all fields transient. */
private static final long serialVersionUID = 3737899427754241961L;
/**
* Empty constructor for use by subclasses.
*/
protected AbstractOwnableSynchronizer() { }
/**
* The current owner of exclusive mode synchronization.
*/
private transient Thread exclusiveOwnerThread;
/**
* Sets the thread that currently owns exclusive access. A
* <tt>null</tt> argument indicates that no thread owns access.
* This method does not otherwise impose any synchronization or
* <tt>volatile</tt> field accesses.
*/
protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread t) {
exclusiveOwnerThread = t;
}
/**
* Returns the thread last set by
* <tt>setExclusiveOwnerThread</tt>, or <tt>null</tt> if never
* set. This method does not otherwise impose any synchronization
* or <tt>volatile</tt> field accesses.
* @return the owner thread
*/
protected final Thread getExclusiveOwnerThread() {
return exclusiveOwnerThread;
}
}
这个类提供了独占模式下的同步器控制权的信息，比如Lock或者其他相关的同步器。从代码中也可以看到，可以设置和获取拥有独占控制权的线程信息。
- 最后，java.util.concurrent.locks包还提供了一个AbstractQueuedLongSynchronizer同步基础类，内部代码和AQS基本一致，唯一区别是AbstractQueuedLongSynchronizer中管理的是一个long型的状态，需要构建使用64bit信息的同步器可以基于这个类进行构建，用法和AQS一致，这里就不具体说明了。
好了，AQS的代码解析到此结束！
acquire方法里面为什么tryAcquire会被调用多次？第一次tryAcquire失败了就表明没有竞争到锁直接入队列就行了为什么在入队列成功后还要acquireQueued再次调用tryAcquire再竞争锁？
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