那些“簡(jiǎn)單的”并發(fā)代碼背后，隱藏著大量信息株灸。崇摄。。
獨(dú)占鎖雖說(shuō)在j.u.c中有現(xiàn)成的實(shí)現(xiàn)慌烧，但在JAVA的語(yǔ)言層面也同樣提供了支持（synchronized）逐抑；但共享鎖卻是只存在于AQS中，而它在實(shí)際生產(chǎn)中的使用頻次絲毫不亞于獨(dú)占鎖屹蚊，在整個(gè)AQS體系中占有舉重若輕的地位厕氨。而在某種意義上，因?yàn)榭赡芡瑫r(shí)存在多個(gè)線程的并發(fā)汹粤，它的復(fù)雜度要高于獨(dú)占鎖命斧。本章除了介紹共享鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，還會(huì)重點(diǎn)對(duì)焦并發(fā)處理嘱兼，看 doug lea 在并發(fā)部分是否有遺漏

j.u.c下支持的并發(fā)鎖有Semaphore国葬、CountDownLatch等，本章我們采用經(jīng)典并發(fā)類(lèi)Semaphore來(lái)闡述

二芹壕、簡(jiǎn)介

共享鎖其實(shí)是相對(duì)獨(dú)占鎖而言的汇四，涉及到共享鎖就要聊到并發(fā)度，即同一時(shí)刻最多允許同時(shí)執(zhí)行線程的數(shù)量踢涌。上圖所述的并發(fā)度為3通孽，即在同一時(shí)刻，最多可有3個(gè)人在同時(shí)過(guò)河睁壁。

但共享鎖的并發(fā)度也可以設(shè)置為1背苦，此時(shí)它可以看作是一個(gè)特殊的獨(dú)占鎖

2.1互捌、waitStatus

在獨(dú)占鎖章節(jié)中，我們介紹到了關(guān)鍵的狀態(tài)標(biāo)記字段waitStatus行剂，它在獨(dú)占鎖的取值有

• 0
• SIGNAL (-1)
• CANCELLED (1)

而這些取值在共享鎖中也都存在疫剃，含義也保持一致，而除了上述這3個(gè)取值外硼讽，共享鎖還額外引入了新的取值：

• PROPAGATE (-3)

且-3這個(gè)取值在整個(gè)AQS體系中，只存在于共享鎖中牲阁，它的存在是為了更好地解決并發(fā)問(wèn)題固阁，我們將在后文中詳細(xì)介紹

2.2、使用場(chǎng)景

本人參加的某性能挑戰(zhàn)賽中城菊，有這樣一個(gè)場(chǎng)景：數(shù)據(jù)產(chǎn)生于CPU备燃，且有12個(gè)線程在不斷地制造數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)需要持久化到磁盤(pán)中凌唬，由于數(shù)據(jù)產(chǎn)生的非巢⑵耄快，此時(shí)的瓶頸卡在IO上客税；磁盤(pán)的性能經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)測(cè)試况褪，發(fā)現(xiàn)每次寫(xiě)入8K數(shù)據(jù)，且開(kāi)4個(gè)線程寫(xiě)入時(shí)更耻，能將IO打滿(mǎn)测垛；但如何控制在同一時(shí)刻，最多有4個(gè)線程進(jìn)行IO寫(xiě)入呢秧均？

其實(shí)這是一個(gè)典型的使用共享鎖的場(chǎng)景食侮，我們用三四行代碼即可解決

// 設(shè)置共享鎖的并發(fā)度為4
Semaphore semaphore = new Semaphore(4);
// 加鎖
semaphore.acquire();
// 執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
storeIO();
// 釋放鎖
semaphore.release();

三、并發(fā)

3.1目胡、獨(dú)占鎖 vs 共享鎖

共享鎖的整體流程與獨(dú)占鎖相似锯七，都是首先嘗試去獲取資源（子類(lèi)邏輯，一般是CAS操作）

• 如果能拿到資源誉己，那么進(jìn)入同步塊執(zhí)行業(yè)務(wù)代碼眉尸；當(dāng)同步塊執(zhí)行完畢后，喚醒阻塞隊(duì)列的頭結(jié)點(diǎn)
• 如果資源已空巫延，那么進(jìn)入阻塞隊(duì)列并掛起效五，等待被其他線程喚醒

兩者的不同點(diǎn)在什么地方呢？就在于“喚醒阻塞隊(duì)列的頭結(jié)點(diǎn)”的操作炉峰。在獨(dú)占鎖時(shí)畏妖，喚醒頭結(jié)點(diǎn)的操作，只會(huì)有一個(gè)線程（加鎖成功的線程調(diào)用release()）去觸發(fā)疼阔；而在共享鎖時(shí)戒劫，可能會(huì)有多個(gè)線程同時(shí)去調(diào)用釋放

直觀感覺(jué)這樣設(shè)計(jì)不太合理：如果多個(gè)線程同時(shí)去喚醒頭結(jié)點(diǎn)半夷，而頭結(jié)點(diǎn)只能被喚醒一次，假定阻塞隊(duì)列中有20個(gè)節(jié)點(diǎn)迅细，那這些節(jié)點(diǎn)只能等待上一個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行完畢后才會(huì)被喚醒巫橄，無(wú)形中共享鎖的并發(fā)度變成了1。要解決這個(gè)疑問(wèn)茵典，我們先來(lái)看共享鎖的釋放邏輯

3.2湘换、鎖釋放

先來(lái)思考一下鎖釋放需要做的事兒

1. 阻塞隊(duì)列的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)一定要被激活；這個(gè)問(wèn)題看似不值一提统阿，卻相當(dāng)重要彩倚，區(qū)別于獨(dú)占鎖，共享鎖的鎖釋放是存在并發(fā)的扶平，在高并發(fā)的流量下帆离，一定要保證阻塞隊(duì)列的第一個(gè)有效節(jié)點(diǎn)被激活，否則會(huì)導(dǎo)致阻塞隊(duì)列永久性的掛死
2. 保證激活阻塞隊(duì)列時(shí)的并發(fā)度结澄；這個(gè)問(wèn)題同樣也是獨(dú)占鎖不存在的哥谷，也就是我們?cè)?.1提出的問(wèn)題；假定這樣一種場(chǎng)景：“共享鎖的并發(fā)度為10麻献，阻塞隊(duì)列中有100個(gè)待處理的節(jié)點(diǎn)们妥，而此時(shí)又沒(méi)有新的加鎖請(qǐng)求，如何保證在激活阻塞隊(duì)列時(shí)勉吻，保持10的并發(fā)度王悍？”

共享鎖如何解決這兩個(gè)問(wèn)題呢？我們接下來(lái)逐一闡述

3.2.1餐曼、調(diào)用點(diǎn)

與獨(dú)占鎖不同压储，共享鎖調(diào)用“鎖釋放”有2個(gè)地方（注：AQS的一個(gè)阻塞隊(duì)列是可以同時(shí)添加獨(dú)占節(jié)點(diǎn)、共享節(jié)點(diǎn)的源譬，為了簡(jiǎn)化模型集惋，我們這里暫不討論這種混合模型）

• a、某線程同步塊執(zhí)行完畢踩娘，正常調(diào)用解鎖邏輯刮刑；此點(diǎn)與獨(dú)占鎖一致
• b、在每次更換頭結(jié)點(diǎn)時(shí)养渴，如果滿(mǎn)足以下任一條件雷绢，同樣會(huì)調(diào)用“鎖釋放”；更換頭結(jié)點(diǎn)的操作理卑，其實(shí)此時(shí)已經(jīng)意味著當(dāng)前線程已經(jīng)加鎖成功b.1翘紊、有額外的資源可用；拿信號(hào)量舉例藐唠，當(dāng)發(fā)現(xiàn)信號(hào)量數(shù)量>0時(shí)帆疟，表示有額外資源可用b.2鹉究、舊的頭結(jié)點(diǎn)或當(dāng)前頭結(jié)點(diǎn)的ws < 0

那這兩個(gè)點(diǎn)調(diào)用的時(shí)候，是否存在并發(fā)呢踪宠？有同學(xué)會(huì)說(shuō)“a存在并發(fā)自赔，b是串行的”；其實(shí)此處b也是存在并發(fā)的柳琢，例如線程1更換了head節(jié)點(diǎn)后绍妨，準(zhǔn)備執(zhí)行“鎖釋放”邏輯，正在此時(shí)柬脸，線程2正常鎖釋放后痘绎，喚醒了新的head節(jié)點(diǎn)（線程3），線程3又會(huì)執(zhí)行更換head節(jié)點(diǎn)肖粮，并準(zhǔn)備執(zhí)行“鎖釋放”邏輯；此時(shí)線程1跟線程3都準(zhǔn)備執(zhí)行“鎖釋放”邏輯

既然“鎖釋放”存在這么多并發(fā)尔苦，那就一定要保證“鎖釋放”邏輯是冪等的涩馆，那它又是如何做到呢？

3.2.1允坚、鎖釋放

直接貼一下它的源碼吧魂那，釋放鎖的代碼寥寥幾筆，卻很難說(shuō)它簡(jiǎn)單

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

對(duì)應(yīng)的流程圖如下：

我們簡(jiǎn)單描述一下鎖釋放做的事兒

• 1稠项、首選獲取頭結(jié)點(diǎn)的快照涯雅，并將其賦予變量h，同時(shí)獲取h.waitStatus展运，并標(biāo)記位ws
• 2活逆、判斷ws的狀態(tài)ws == -1 表示下一個(gè)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)掛起，或即將掛起拗胜。如果只要發(fā)現(xiàn)是-1狀態(tài)蔗候，就進(jìn)行線程喚起的話，因?yàn)榇嬖诓l(fā)埂软，可能導(dǎo)致目標(biāo)線程被喚起多次锈遥，故此處需要通過(guò)CAS進(jìn)行搶鎖，保證只有一個(gè)線程去喚起ws == 0 如果發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)ws為0勘畔，此處會(huì)存在兩種情況（情況1：節(jié)點(diǎn)剛新建完畢所灸，還未進(jìn)入阻塞隊(duì)列；情況2：節(jié)點(diǎn)由-1修改為了0）炫七，不管哪種情況爬立，都強(qiáng)制將其由-1改為-3，標(biāo)記位強(qiáng)制傳播万哪，此處是否存在漏洞懦尝？ws == -3 表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)已經(jīng)被標(biāo)識(shí)為強(qiáng)制傳播了知纷，直接結(jié)束
• 3、如果此時(shí) h == head陵霉，說(shuō)明在上述邏輯發(fā)生時(shí)琅轧，頭結(jié)點(diǎn)沒(méi)有發(fā)生變化，那么結(jié)束當(dāng)前操作踊挠，否則重復(fù)上述步驟乍桂。注：AQS中所有節(jié)點(diǎn)只有一次當(dāng)頭結(jié)點(diǎn)的機(jī)會(huì)，也就是某個(gè)節(jié)點(diǎn)當(dāng)過(guò)一次頭結(jié)點(diǎn)后效床，便會(huì)被拋棄睹酌，再無(wú)可能第二次成為頭結(jié)點(diǎn)，這點(diǎn)至關(guān)重要

根據(jù)以上分析剩檀，我們發(fā)現(xiàn)憋沿，節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)流轉(zhuǎn)是通過(guò)ws來(lái)控制的，即0沪猴、-1辐啄、-3，乍看上去运嗜，貌似不太嚴(yán)謹(jǐn)壶辜，那我們來(lái)做具體分析

3.2.2、ws狀態(tài)流轉(zhuǎn)

僅有2個(gè)功能點(diǎn)會(huì)對(duì)ws進(jìn)行修改担租，一是將節(jié)點(diǎn)加入阻塞隊(duì)列時(shí)砸民，二就是3.2.1中描述的調(diào)用鎖釋放邏輯時(shí)；

我們將加入阻塞隊(duì)列時(shí)ws的狀態(tài)流轉(zhuǎn)再回憶下：

• 狀態(tài)為0（初始狀態(tài)）奋救，加入阻塞隊(duì)列前岭参，需要將前節(jié)點(diǎn)修改為-1，然后進(jìn)入線程掛起
• 狀態(tài)為-3（強(qiáng)制傳播狀態(tài)尝艘，被解鎖線程標(biāo)記）冗荸，加入阻塞隊(duì)列前，同樣需要將前節(jié)點(diǎn)修改為-1利耍，然后進(jìn)入線程掛起

綜述蚌本，我們出一張ws的整體狀態(tài)流轉(zhuǎn)圖

由上圖可得知，只要解鎖邏輯成功通過(guò)CAS將head節(jié)點(diǎn)由-1修改為0的話隘梨，那么就要負(fù)責(zé)喚醒阻塞隊(duì)列中的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)了

整個(gè)流轉(zhuǎn)過(guò)程有bug嗎程癌？我們?cè)O(shè)想如下場(chǎng)景：共享鎖的并發(fā)度設(shè)置為1，A轴猎、B兩個(gè)線程同時(shí)進(jìn)入加鎖邏輯嵌莉，B線程成功搶到鎖，并開(kāi)始進(jìn)入同步塊捻脖，A線程搶鎖失敗锐峭，準(zhǔn)備掛到阻塞隊(duì)列中鼠，正常流程是A線程將ws由0修改為-1后，進(jìn)入掛起狀態(tài)沿癞，但B線程執(zhí)行較快援雇，已經(jīng)優(yōu)先A線程并開(kāi)始執(zhí)行解鎖邏輯，將ws由0修改為了-3椎扬，然后B線程正常結(jié)束惫搏；A線程發(fā)現(xiàn)ws為-3后，將其修改為-1蚕涤，然后進(jìn)入掛起筐赔。 如果這個(gè)場(chǎng)景真實(shí)發(fā)生的話，A線程將永久處于掛起狀態(tài)揖铜，那豈不是存在漏洞茴丰？

然而事實(shí)并非如此，因?yàn)橹灰狝線程將ws修改為-1后天吓，都要再?lài)L試進(jìn)行一次獲取鎖的操作贿肩，正是這個(gè)操作避免了上述情況的發(fā)生，可見(jiàn)aqs是很?chē)?yán)謹(jǐn)?shù)?/p>

3.3失仁、保證并發(fā)度

阻塞隊(duì)列中節(jié)點(diǎn)的激活順序是什么樣呢？其實(shí)激活順序3.2章節(jié)已經(jīng)描述的較為清楚们何，解鎖的邏輯只負(fù)責(zé)激活頭節(jié)點(diǎn)萄焦，那如何保證共享鎖的并發(fā)度？

我們還是假定這樣一個(gè)場(chǎng)景：共享鎖的并發(fā)度為5冤竹，阻塞隊(duì)列中有20個(gè)節(jié)點(diǎn)拂封，只有head節(jié)點(diǎn)已被喚醒，且沒(méi)有新的請(qǐng)求進(jìn)入鹦蠕，我們希望在同一時(shí)刻冒签，同時(shí)有5個(gè)節(jié)點(diǎn)處于激活狀態(tài)。針對(duì)上述場(chǎng)景钟病，aqs如何做到呢萧恕？

其實(shí)head節(jié)點(diǎn)被激活時(shí)，在第一時(shí)間會(huì)通知后續(xù)節(jié)點(diǎn)肠阱，并將其喚醒票唆，然后才會(huì)執(zhí)行同步塊邏輯，保證了等待中的節(jié)點(diǎn)快速激活