Java中的AQS同步隊列問題詳解

更新時間：2022年06月07日 11:07:01 作者：beordie

AQS?提供一套基礎的機制來實現(xiàn)線程的同步、阻塞與喚醒、等待隊列等功能，也就是想要深入學習線程工具類，這個同步隊列就必須得掌握，這篇文章主要介紹了Java中的AQS同步隊列問題,需要的朋友可以參考下

AQS 同步隊列

1、AQS 介紹

AQS 是 AbstractQueuedSynchronizer 的縮寫，他是一個抽象同步類，為 JUC 包下的大多數(shù)同步工具提供了核心實現(xiàn)，例如 ReentrantLock 的底層就是使用同步隊列。AQS 提供一套基礎的機制來實現(xiàn)線程的同步、阻塞與喚醒、等待隊列等功能，也就是想要深入學習線程工具類，這個同步隊列就必須得掌握。

1.1、類圖關系

下面是整個 AQS 的類結構實現(xiàn)（從源碼中直接打印的圖，平常學習源碼也可以這樣打印出來觀察整個程序的運行情況，有助于理解），從圖中我們不難發(fā)現(xiàn) AQS 內部持有兩個 Node 類型的 head 、tail 屬性，我們在什么時候會接觸到頭尾節(jié)點的定義，大家都是有經(jīng)驗的開發(fā)人員，肯定都能想到是鏈表當中。

在屬性列中我們可以看見一個 state:int 這樣的一個狀態(tài)字段，Lock 的重入特性就是根據(jù)此來實現(xiàn)的，可以表示當前線程的鎖重入次數(shù)。整個類繼承自 AbstractOwnableSynchronizer 類，自然擁有對于其父類中屬性的一些控制權，而里面的 Thraed 的線程就是表示當前持有鎖的線程，在整個鎖過程中具有很重要的地位。

1.2、節(jié)點剖析

當然鏈表只是一種組織存儲形式的一種數(shù)據(jù)結構，這里叫做 FIFO 雙向隊列，至于為什么是雙向的呢，看一下 Node 的節(jié)點定義就能明白，一個節(jié)點中含有 prev 、next 節(jié)點來快速訪問前驅和后繼節(jié)點，不就是典型的雙向形式呢。

相信大家在看到這個類字段的屬性名定義之后就能才出來其的作用，但是這里還是介紹一下主要的幾個字段含義，印證大家的猜想。

屬性	作用
thread	表示當前節(jié)點封裝的具體線程
SHARED	表示當前線程是獲取共享資源時被阻塞
EXCLUSIVE	表示當前線程是獲取獨占資源時被掛起
prev	當前節(jié)點的前驅節(jié)點
next	當前節(jié)點的后繼節(jié)點
waitStatus	記錄當前線程的等待狀態(tài)，其狀態(tài)取值就是下面的四個字段
CANCELLED	取消線程
SIGNAL	線程需要被喚醒
CONDITION	線程在 condition 中等待
PROPAGATE	釋放共享資源時需要通知其余節(jié)點線程

2、AQS 實現(xiàn)原理

上面我們知道了 AQS 其實就是一個雙向的隊列，如下圖的結構一樣。在線程獲取鎖失敗的情況下，會被封裝成一個 Node 節(jié)點而插入到隊列當中；當其他的線程釋放鎖之后又會從隊列中喚醒一個節(jié)點去爭搶鎖。

2.1、隊列初始化

通過源碼我們可以發(fā)現(xiàn)，在 AQS 進行初始化的時候的并沒有對 head 、tail 進行初始化，而這兩個節(jié)點是控制整個隊列的，也就是說一開始整個隊列處于 null 狀態(tài)。

protected AbstractQueuedSynchronizer() {}

當?shù)谝粋€線程爭搶鎖失敗之后會封裝成 Node 進入到同步隊列當中，這個時候就會進行判斷，如果當前隊列為空就會進行初始化（未進行初始化），初始化完成之后就將當前線程節(jié)點接在隊列的尾部。

private final void initializeSyncQueue() {
    Node h;
    if (HEAD.compareAndSet(this, (Void)null, h = new Node())) {
        this.tail = h;
    }
}

2.2、追加節(jié)點

追加節(jié)點的操作就是簡單的鏈表尾部添加節(jié)點的過程了，這里就不做過多的贅述。這里來看看前面初始化時會添加一個額外的節(jié)點在隊列中，其實這個節(jié)點就是代表當前已經(jīng)獲取了鎖的線程，至于為什么這么設置，大家往后看就明白了。

3、AQS 喚醒動作

在進行線程喚醒的過程中，會優(yōu)先喚醒當前持有鎖線程的下一個節(jié)點線程。

head 指針指向下一個節(jié)點；
原來頭結點的 next 指向 null；
當前頭結點的 prev 指向 null；
當前頭結點的 thread 指向 null。

這樣就完成線程的喚醒操作了，但是這樣來講其實是不完美的，因為 AQS 只是一個抽象的統(tǒng)一工具，本身并沒有對業(yè)務進行規(guī)范，還是要結合具體的實現(xiàn)類，例如 ReentrantLock 、CountDownLatch 、CyclicBarrier 這些的執(zhí)行過程來進行分析。