一點閑扯

開始說AQS之前圃伶，繼續(xù)說上一篇沒說完的建議悲关，相對于看一些不知道時效性的blog襟锐，說實話撤逢，理解一個知識點最簡便的方式就是看論文及源碼實現(xiàn)了，解決一個問題最好的方式就是看官方文檔及源碼粮坞，沒有什么答案是在源碼里找不到的蚊荣，對著blog排查問題只會導(dǎo)致抱著一個黑盒子在原地踏步，偶爾運氣好時間短過去了莫杈，運氣不好互例，花很長時間不說，下次問題稍微變動一下就又不會了筝闹。切身體會媳叨，關(guān)于Concurrent的論文，The java.util.concurrent Synchronizer Framewor丁存，大家如果有需要可以私信肩杈。

AQS 原理

AQS維護(hù)了一個volatile int state（可以理解為鎖狀態(tài)）和一個FIFO線程等待隊列（多線程爭用資源被阻塞時會進(jìn)入此隊列）。
放一張示意圖：

image.png

AQS定義兩種資源共享方式：Exclusive（獨占腻扇，只有一個線程能執(zhí)行，如ReentrantLock）和Share（共享砾嫉，多個線程可同時執(zhí)行幼苛，如Semaphore/CountDownLatch）。不同的自定義同步器爭用共享資源的方式也不同焕刮。自定義同步器在實現(xiàn)時只需要實現(xiàn)共享資源state的獲取與釋放方式即可舶沿，至于具體線程等待隊列的維護(hù)（如獲取資源失敗入隊/喚醒出隊等）墙杯，AQS已經(jīng)在頂層實現(xiàn)好了。

AQS 源碼實現(xiàn)

AQS 全稱AbstractQueuedSynchronizer括荡，是CountDownLatch/FutureTask/ReentrantLock/RenntrantReadWriteLock/Semaphore的基礎(chǔ)高镐，因此AbstractQueuedSynchronizer是Lock/Executor實現(xiàn)的前提，然后因為AQS是一個抽象類一汽，如若想要使用AQS繼承就可避消，不過日常場景中大多是使用它的上層應(yīng)用。還有另一個類叫做AbstractQueuedLongSynchronizer召夹，這是不知道為什么之前看過的所有blog都沒有提到岩喷，看了下官方文檔這個是Java 8之后的實現(xiàn)，一個64位版本监憎。其結(jié)構(gòu)和功能與AbstractQueuedSynchronizer一致纱意。

下面開始看代碼：

/**
* @since 1.6
* @author Doug Lea
*/
public abstract class AbstractQueuedLongSynchronizer
    extends AbstractOwnableSynchronizer
    implements java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 7373984972572414692L;

它實現(xiàn)了序列化接口，然后繼承自AbstractOwnableSynchronizer鲸阔。

AbstractOwnableSynchronizer

獨占線程 為transient的偷霉，private transient Thread exclusiveOwnerThread，然后是獨占線程的setter和getter方法褐筛，就是將獨占線程的使用抽離出AQS的使用中类少。
下面看AQS持有的對象成員，我把注釋翻譯一下渔扎，可能就很清晰了硫狞，如果不正確，肯請指正晃痴，我能及時修改残吩。

/**
* 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
*等待隊列的頭部，延遲初始化倘核。除了初始化泣侮，僅通過方法setHead進(jìn)行修改。
*注意:如果head存在紧唱，則保證不存在其等待狀態(tài)活尊。
*/
private transient volatile Node head;
/**
* Tail of the wait queue, lazily initialized.  Modified only via
* method enq to add new wait node.
*等待隊列的尾部，延遲初始化漏益。僅通過方法enq修改以添加新的等待節(jié)點酬凳。
*/
private transient volatile Node tail;
/**
* The synchronization state.
*具體的同步狀態(tài)
*/
private volatile long state;

然后下面幾個函數(shù)是這幾個成員的setter、getter遭庶，其中Set、compareAndSet等函數(shù)與Java 8的實現(xiàn)不同的是稠屠，使用VarHandle實現(xiàn)峦睡，具體VarHandle介紹可以參考上一篇《Java Concurrent Atomic（JDK 10）》翎苫。

接下來是一個自旋為超時閾值。

/**
* 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.
*實際能更快地旋轉(zhuǎn)而不是使用固定的納秒數(shù)榨了。粗略的估計足以在很短的時間內(nèi)提高響應(yīng)能力煎谍。
*/
static final long SPIN_FOR_TIMEOUT_THRESHOLD = 1000L;

函數(shù)內(nèi)容都是雙指針鏈表的經(jīng)典操作，但是代碼寫的很優(yōu)雅龙屉，參考下代碼規(guī)范也是很不錯的呐粘。
以下為基礎(chǔ)的支撐函數(shù)：
enq：insert函數(shù)
addwaiter：創(chuàng)建要添加的node
unparkSuccessor：如果存在元素，彈出元素转捕。

到重要部分了：很明顯的看到里面使用的經(jīng)典的CAS操作作岖，具體的細(xì)節(jié)可以看下面代碼。

作用：釋放共享模式的操作——信號繼承并確保傳播五芝。(注意:對于獨占模式痘儡，釋放只是在需要信號時調(diào)用head的unpark繼承者)。屬于通過CAS對于信號量進(jìn)行正確性控制枢步。

private void doReleaseShared() {
    for (;;) {
        Node h = head;
        if (h != null && h != tail) {
            int ws = h.waitStatus;
            if (ws == Node.SIGNAL) {
                if (![h.compareAndSetWaitStatus(Node](http://h.compareandsetwaitstatus(node/).SIGNAL, 0))
                    continue;            // loop to recheck cases
                unparkSuccessor(h);
            }
            else if (ws == 0 &&
                     ![h.compareAndSetWaitStatus](http://h.compareandsetwaitstatus/)(0, Node.PROPAGATE))
                continue;                // loop on failed CAS
        }
        if (h == head)                   // loop if head changed
            break;
    }
}

下面是public函數(shù)的內(nèi)部支持函數(shù)沉删，細(xì)節(jié)不過多描述，簡述功能醉途，具體實現(xiàn)太長了矾瑰，大家可以參照以下看對應(yīng)的源碼。

setHeadAndPropagate：設(shè)置隊列頭部隘擎，并檢查后續(xù)是否在共享模式下等待殴穴，如果傳播了> 0或傳播狀態(tài)，則進(jìn)行傳播嵌屎。

cancelAcquire：取消正在嘗試的取操作推正。

shouldParkAfterFailedAcquire：檢查和更新未能獲取的節(jié)點的狀態(tài)。如果線程應(yīng)該阻塞宝惰，返回true植榕。這是所有獲取循環(huán)的主要信號控制。要求pred = node.prev尼夺。
selfInterrupt：中斷當(dāng)前線程
parkAndCheckInterrupt：檢查是否處于被中斷狀態(tài)
acquireQueued：為隊列中已經(jīng)存在的線程獲取獨占的不可中斷模式尊残。用于條件等待方法和獲取方法。
doAcquireInterruptibly：獲取獨占可中斷模式淤堵。
展示一點細(xì)節(jié)性的東西寝衫，對咱們寫代碼很有幫助的。

if (p == head && tryAcquire(arg)) {
    setHead(node);
    p.next = null; // help GC
    return true;
}

然后是各種模式下的取操作拐邪，不一一簡述了慰毅。
fullGetFirstQueuedThread：當(dāng)fastpath失敗時調(diào)用的getFirstQueuedThread的版本。
對外開放的使用函數(shù)：
hasQueuedThreads：展示持有的線程
hasContended：查詢是否有任何線程爭取這個同步器;也就是說扎阶，如果獲取方法曾經(jīng)被阻塞汹胃。
getFirstQueuedThread：返回隊首元素婶芭，若果沒有則null。
isQueued：檢查是否在排隊
apparentlyFirstQueuedIsExclusive：返回{@code true}着饥，如果第一個明顯的隊列線程(如果存在)正在排他模式中等待犀农。如果該方法返回{@code true}，并且當(dāng)前線程正在嘗試以共享模式獲取(即宰掉，該方法從{@link)調(diào)用然后保證當(dāng)前線程不是第一個排隊的線程呵哨。僅用于ReentrantReadWriteLock中的啟發(fā)式。
hasQueuedPredecessors：查詢是否有任何線程等待獲取的時間超過當(dāng)前線程轨奄。
getQueueLength：獲取長度
getQueuedThreads：獲取正在等待的線程
getExclusiveQueuedThreads：返回一個包含可能等待以獨占模式獲取的線程的集合孟害。它具有與{@link #getQueuedThreads}相同的屬性，但是它只返回由于獨占獲取而等待的線程戚绕。
getExclusiveQueuedThreads：功能同上纹坐，但是這個獲取的是shared模式下的
isOnSyncQueue：如果一個節(jié)點(總是最初放在條件隊列上的節(jié)點)現(xiàn)在正在等待同步隊列上的重新獲取，則返回true舞丛。
findNodeFromTail：如果節(jié)點通過向后搜索耘子，則返回true。只有在isOnSyncQueue需要時才調(diào)用球切。
transferForSignal：將一個節(jié)點從條件隊列傳輸?shù)酵疥犃泄仁摹Ｈ绻晒Γ祷豻rue吨凑。
owns：查詢給定的ConditionObject是否使用這個同步器作為其鎖捍歪。
hasWaiters：查詢是否有任何線程正在等待與此同步器相關(guān)的給定條件。注意鸵钝，由于超時和中斷可能在任何時候發(fā)生糙臼，{@code true}返回不能保證將來的{@code signal}將喚醒任何線程。該方法主要用于監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)恩商。
getWaitQueueLength：返回與此同步器相關(guān)聯(lián)的給定條件上等待的線程數(shù)的估計值变逃。注意，由于超時和中斷可能在任何時候發(fā)生怠堪，因此估計僅作為實際服務(wù)員數(shù)量的上限揽乱。這種方法設(shè)計用于監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)，而不是用于同步控制粟矿。

以下幾個都是不能保證完全正確的估略值凰棉。
然后最后是一個內(nèi)部類，針對信號量及節(jié)點的條件操作陌粹∪鱿可以學(xué)習(xí)這種方式，將特定的規(guī)則收斂到對應(yīng)的結(jié)構(gòu)。

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;

差不多就這樣或舞，過程可能有些枯燥隧膏，以上介紹了大約90%以上的函數(shù)，及關(guān)鍵操作嚷那，正如一開始說的，要想深入理解杆煞，還需要對著文章去看源碼魏宽。
AQS除了基本的信號操作及隊列操作，依賴的實現(xiàn)就是volatile及對應(yīng)的CAS操作决乎，而CAS是有VarHandle所支持队询，VarHandle又依賴于native函數(shù)，JNI本地函數(shù)調(diào)用构诚。
說完AQS再加上之前的Atomic蚌斩，第二層結(jié)構(gòu)已經(jīng)清晰了。
下面開始說第三層范嘱，也是代碼量及工具量非常龐大的一層送膳，后續(xù)可能更加枯燥，除去基礎(chǔ)使用的API丑蛤，更愿意簡述里面的實現(xiàn)原理叠聋。