JUC锁:核心类AQS源码详解

柔光的暖阳◎ 2024-04-07 12:57 93阅读 0赞

## 目录 ##

*  2 AbstractQueuedSynchronizer学习总结
    
     *   *  2.2.1 插入节点时先更新prev再更新前驱next
         *  2.2.2 为什么unparkSuccessor()要从尾部往前遍历
         *  2.2.3 AQS的设计，尽快唤醒其他等待线程体现在3个地方
 *  4 AbstractQueuedSynchronizer源码分析
    
     *   *  4.1.1 AQS需要子类重写的方法
     *  4.2 类的常量/成员变量
     *   *  4.5.3 addWaiter()方法
         *  4.5.5 acquireQueue()方法
         *  4.5.6 shouldParkAfterFailedAcquire()方法
         *  4.5.7 parkAndCheckInterrupt()方法
         *  4.5.8 cancelAcquire()方法
         *  4.5.9 unparkSuccessor()方法
         *  4.5.11 acquireSharedInterruptibly()方法
         *  4.5.12 doAcquireSharedInterruptibly()方法
         *  4.5.13 setHeadAndPropagate()方法
         *  4.5.14 doReleaseShared()方法
         *  4.5.15 releaseShared()方法
 *  5 取消节点移出链表分析
 *  6 在shared模式中为什么需要PROPAGATE状态

### 1 疑点todo和解疑 ###

*  **共享资源，这里面哪个地方体现了资源？**

同步状态变量：state就是那个共享资源(private volatile int state;) Lock类继承AQS类并定义lock()、unLock()的方法，表示获取锁和释放锁。多线程并发访问同一个lock实例，lock()方法会cas修改state变量，修改成功的线程获得锁，其他线程进入AQS队列等待。

*  sync队列的head为什么要交替，能不能共用最开始的head？

没有必要！sync队列是双向链表结构，出队时，head交替方式，只需要修改head和head后继2个节点引用关系；固定head，就要修改head，head后继，以及head后继的后继 共3个节点。显然前者效率更高

*  **node.prev = pred = pred.prev; 没弄懂这行代码**

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*  为什么在cancelAquire的unParkSuccess中，能将node的后继节点unpark() 万一node前面还有signal节点呢?

不存在的，因为经过判断得出此时node就是head的后继。并且必须由这个取消节点node来唤醒后继，要不node线程结束后，就没有线程能够唤醒队列里的其他节点了。

*  shouldParkAfterFailedAcquire有一个疑问，如果线程被unPark唤醒后，tryAcquire()失败了，那么线程会再次进入parkAndCheckInterrupt 再次park阻塞起来，那么谁来唤醒线程呢？

先说结果：由抢到锁的那个线程来唤醒！

上述的场景是存在的，例如在非公平锁模式中，B线程被A线程唤醒，A结束，B成为head，B去执行tryAcquire()，但此时C线程抢占到锁，B执行tryAcquire()没有拿到锁，再次park阻塞。C线程执行结束后将A唤醒

*  shouldParkAfterFailedAcquire为什么一定要先判断或者修改前置节点状态改为SIGNAL：-1，才会park阻塞？

只有将前置节点状态改为SIGNAL，才能确保当前节点可以被前置unPark唤醒。也就是说阻塞自己前先保证一定能够被唤醒。因为代码中：

独占模式下，唤醒后继前先限制：h.waitStatus != 0

共享模式下，唤醒后继前先限制：h.waitStatus=SIGNAL

*  如何理解这里说的中断：acquire()函数以独占模式获取(资源)，忽略中断，即线程在aquire过程中，中断此线程是无效的

表示本线程在获取资源期间，如果被其他线程中断，本线程不会因为中断而取消获取资源，只是将中断标记传递下去。

*  **怎么理解独占模式和共享模式**

When acquired in exclusive mode,
     * attempted acquires by other threads cannot succeed. Shared mode
     * acquires by multiple threads may (but need not) succeed. This class
     * does not "understand" these differences except in the
     * mechanical sense that when a shared mode acquire succeeds, the next
     * waiting thread (if one exists) must also determine whether it can
     * acquire as well. Threads waiting in the different modes share the
     * same FIFO queue.

1.  **共享模式** ：允许多个线程同时获取资源；当一个节点的线程获取共享资源后，需要要通知后继共享节点的线程，也可以获取了。共享节点具有传播性，传播性的目的也是尽快通知其他等待的线程尽快获取锁。
2.  **独占模式** ： 只能够一个线程占有资源，其它尝试获取资源的线程将会进入到队列等待。
3.  **响应中断并终止** ： **线程只要被中断就不会获取资源** ：两种情况的中断： **1、刚尝试获取、2、进入队列中等待** ，前者立即 **停止获取** ，后者 **执行取消逻辑** ，等待节点变为取消状态

*  共享模式，什么时候head状态变为PROPAGATE，这个状态值的影响是什么 ？

A、B先后进入队列，状态都是0。A获得资源，进入setHeadAndPropagate晋升为head，A进入doReleaseShared尝试唤醒B时，但B还没将A改为signal，因为A还是0，A将状态改为PROPAGATE

### 2 AbstractQueuedSynchronizer学习总结 ###

### 2.1 AQS要点总结 ###

对于AbstractQueuedSynchronizer的分析，最核心的就是sync queue的分析。

1.  每一个节点都是由前一个节点唤醒
2.  当节点发现前驱节点是head并且尝试获取成功，则会轮到该线程运行。
3.  condition queue中的节点向sync queue中转移是通过signal操作完成的。
4.  **SIGNAL** ，表示后面的节点需要运行。
5.  **PROPAGATE** ：就是为了避免线程无法会唤醒的窘境。因为共享锁会有很多线程获取到锁或者释放锁，所以有些方法是并发执行的，就会产生很多中间状态，而PROPAGATE就是为了让这些中间状态不影响程序的正常运行。

### 2.2 细节分析 ###

#### 2.2.1 插入节点时先更新prev再更新前驱next ####

//addWaiter():
    node.prev = pred; // 1 更新node节点的prev域
    if (compareAndSetTail(pred, node)) {
        pred.next = node; //2 更新node前驱的next域
        return node;
    }
    //enq():
    node.prev = t; // 1 更新node节点的prev域
    if (compareAndSetTail(t, node)) {
        t.next = node;//2 更新node前驱的next域
        return t;
    }
    //unparkSuccessor():
    Node s = node.next; //通过.next来直接获取到节点的后继节点，这个节点的后继的prev一定指向节点本身
          //....
            if (s != null)
                LockSupport.unpark(s.thread);

1.  addWaiter() 或者enq() 插入节点时，都是先更新节点的prev域，再更新它前驱的next域 。那么通过node.next()取到的后继， **后继的prev域一定是指向node本身** 。如果先更新next域，在更新prev域时出现异常，那么通过.next取到不是完整的节点
2.  unparkSuccessor()唤醒后继时，Node s = node.next; 通过.next来获取node的后继，后继的prev一定指向node本身

#### 2.2.2 为什么unparkSuccessor()要从尾部往前遍历 ####

因为取消节点的next域指向了自身，所以不能从通过next来遍历，但prev是完整的，所以通过prev来遍历。

#### 2.2.3 AQS的设计，尽快唤醒其他等待线程体现在3个地方 ####

1.  共享锁的传播性。
2.  doReleaseShared()中head改变，会循环唤醒head的后继节点。
3.  线程获取锁失败后入队列并不会立刻阻塞，而是判断是否应该阻塞shouldParkAfterFailedAcquire，如果前继是head，会再给一次机会获取锁。

### 3 AQS 简介 ###

AQS是一个用来构建锁和同步器的框架。理论参考：JUC同步器框架

三个基本组件相互协作：

1.  同步状态的原子性管理；
2.  线程的阻塞与唤醒；
3.  队列的管理；

同步器一般包含两种方法，一种是acquire，另一种是release。acquire操作阻塞调用的线程，直到或除非同步状态允许其继续执行。而release操作则是通过某种方式改变同步状态，使得一或多个被acquire阻塞的线程继续执行。

### 3.1 AQS核心思想 ###

1.  如果请求的共享资源空闲，则将当前请求线程设置为 **有效工作线程** ，并且将共享资源设置为 **锁状态**
2.  设计一套机制：【线程如何阻塞等待以及被唤醒时锁如何分配】？这个机制AQS是用 **CLH队列锁** 实现的
3.  CLH队列锁：一个虚拟的双向队列，AQS是将每条请求共享资源的 **线程封装成一个CLH锁队列的一个节点** (Node)来实现锁的分配。【 **严格的FIFO队列，框架不支持基于优先级的同步** 】
4.  使用一个int成员变量来表示 **同步状态** ，使用 **volatile** 修饰保证线程可见性，并使用 **CAS** 思想进行值维护。

### 3.2 对资源的共享方式 ###

两种方式：

1.  Exclusive(独占)：只有一个线程能执行。又可分为公平锁和非公平锁：
    
    1.  公平锁：按照线程在队列中的排队顺序，先到者先拿到锁
    2.  非公平锁：当线程要获取锁时，无视队列顺序直接去抢锁，谁抢到就是谁的
2.  Share(共享)：多个线程可同时执行

### 3.3 AQS数据结构 ###

分析类，首先就要分析底层采用了何种数据结构，抓住核心点进行分析：

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1.  Sync queue，即同步队列，是双向链表，包括head节点和tail节点，head节点主要用作后续的调度
2.  Condition queue不是必须的，其是一个单向链表，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 queue

### 4 AbstractQueuedSynchronizer源码分析 ###

### 4.1 类的继承关系 ###

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
        extends AbstractOwnableSynchronizer
        implements java.io.Serializable

继承自抽象类：AbstractOwnableSynchronizer，父类提供独占线程的设置与获取的方法

public abstract class AbstractOwnableSynchronizer
        implements java.io.Serializable {
        private static final long serialVersionUID = 3737899427754241961L;
        protected AbstractOwnableSynchronizer() { }//   构造函数
        private transient Thread exclusiveOwnerThread; //独占模式下的线程
        // 设置独占线程 
        protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
            exclusiveOwnerThread = thread;
        }
        // 获取独占线程 
        protected final Thread getExclusiveOwnerThread() {
            return exclusiveOwnerThread;
        }
    }

#### 4.1.1 AQS需要子类重写的方法 ####

protected boolean tryAcquire(int arg) {//独占方式获取锁
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
        protected boolean tryRelease(int arg) { //释放独占的锁
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
        protected int tryAcquireShared(int arg) { //以共享方式获取锁
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
        protected boolean tryReleaseShared(int arg) {//释放共享锁
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
        protected boolean isHeldExclusively() {//是否独占资源
            throw new UnsupportedOperationException();
        }

关于重写说明：

目的是将共享资源 **state的读写交给子类管理** ，AQS专注在队列的维护以及线程的阻塞与唤醒

### 4.2 类的常量/成员变量 ###

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer
        implements java.io.Serializable {    
        private static final long serialVersionUID = 7373984972572414691L;    
        // 头节点
        private transient volatile Node head;    
        // 尾节点
        private transient volatile Node tail;    
        //0：表示没有线程获取到锁；1表示有线程获取到锁；大于1：表示有线程获得了锁，且允许重入
        private volatile int state;    
        // 自旋时间
        static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L;
        
        // 以下跟cas有关
        private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();  // Unsafe类实例
        private static final long stateOffset; // state内存偏移地址
        private static final long headOffset; // head内存偏移地址
        private static final long tailOffset; // state内存偏移地址
        private static final long waitStatusOffset;// tail内存偏移地址
        private static final long nextOffset; // next内存偏移地址
        // 静态初始化块
        static {
            try {
                stateOffset = unsafe.objectFieldOffset
                    (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("state"));
                headOffset = unsafe.objectFieldOffset
                    (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("head"));
                tailOffset = unsafe.objectFieldOffset
                    (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("tail"));
                waitStatusOffset = unsafe.objectFieldOffset
                    (Node.class.getDeclaredField("waitStatus"));
                nextOffset = unsafe.objectFieldOffset
                    (Node.class.getDeclaredField("next"));
            } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
        }
    }

说明：

1.  属性中包含了头节点head，尾节点tail，状态state、自旋时间spinForTimeoutThreshold
2.  AbstractQueuedSynchronizer抽象的属性在内存中的偏移地址， **通过该偏移地址，可以获取和设置该属性的值**
3.  同时还包括一个静态初始化块，用于加载内存偏移地址。

### 4.3 静态内部类Node ###

线程封装成Node并具备状态

static final class Node
    {
    	// 模式，分为共享与独占
    	static final Node SHARED = new Node();// 共享模式
    	static final Node EXCLUSIVE = null; // 独占模式
    	// 节点状态
    	static final int CANCELLED =  1;//表示当前的线程被取消
    	static final int SIGNAL    = -1;//表示当前节点的后继节点包含的线程需要被运行【被unpark】，
    	static final int CONDITION = -2;//表示当前节点在等待condition，也就是在condition队列中
    	static final int PROPAGATE = -3;//表示当前场景下后续的acquireShared能够得以执行
    	volatile int waitStatus;//节点状态;表示当前节点在sync队列中，等待着获取锁
    
    	volatile Node prev; // 指向当前节点的前驱
    	volatile Node next;// 指向当前节点的后继
    	volatile Thread thread;//节点所对应的线程
    	Node nextWaiter;// 下一个等待者    只跟condition有关
        private transient volatile Node head; // 头节点  懒加载
        private transient volatile Node tail; //尾节点  懒加载
        private volatile int state;  // 同步状态
    
    	// 节点是否在共享模式下等待
    	final boolean isShared() {
    	    return nextWaiter == SHARED;
    	}
    	// 获取前驱节点，若前驱节点为空，抛出异常
    	final Node predecessor() throws NullPointerException {
    	    Node p = prev;// 保存前驱节点
    	    if (p == null)
    	        throw new NullPointerException();
    	    else
    	        return p;
    	}
    	// 无参构造函数
    	Node() { // Used to establish initial head or SHARED marker
    	}
    	// 构造函数
    	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;
    	}
    }

关于Node说明：

每个被阻塞的线程都会被封装成一个Node节点，放入队列。Node包含了一个Thread类型的引用，并且有自己的状态：

*  **CANCELLED** ：1，表示当前的线程被取消。
 *  **SIGNAL** ：-1，表示负责unPark后继【 **由前一个节点unPark下一个节点** 】。
 *  **CONDITION** ：-2，表示当前节点在等待condition，也就是在condition queue中。
 *  **PROPAGATE** ：-3，表示当前场景下后续的acquireShared能够得以执行。
 *  **默认值：0** ，发生在：1、节点加入到队列成为tail节点，2、节点成为head，并准备唤醒后继

### 4.4 构造函数 ###

protected AbstractQueuedSynchronizer() { }    //默认的无参构造

### 4.5 核心方法分析 ###

#### 4.5.1 核心方法概览 ####

public final void acquireShared(int arg) {...} // 获取共享资源的入口（忽略中断）
    protected int tryAcquireShared(int arg); // 尝试获取共享资源
    private void doAcquireShared(int arg) {...} // AQS中获取共享资源流程整合
    private Node addWaiter(Node mode){...} // 将node加入到同步队列的尾部
    protected int tryAcquireShared(int arg); // 尝试获取共享资源
    private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {...} // 设置 同步队列的head节点，以及触发"传播"操作
    private void doReleaseShared() {...} // 遍历同步队列，调整节点状态，唤醒待申请节点
    private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {...} // 如果获取资源失败，则整理队中节点状态，并判断是否要将线程挂起
    private final boolean parkAndCheckInterrupt() {...} // 将线程挂起，并在挂起被唤醒后检查是否要中断线程（返回是否中断）
    private void cancelAcquire(Node node) {...} // 取消当前节点获取资源，将其从同步队列中移除

#### 4.5.2 acquire()方法 ####

该函数 **以独占模式获取** (资源)， **忽略中断** 。

流程如下：

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源码如下：

public final void acquire(int arg) {
        if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
            selfInterrupt(); //来到这里，表示线程拿到锁，并且读取到线程的中断标识为true，调用selfInterrupt()来恢复线程的interrupted中断标志（被parkAndCheckInterrupt()擦除了，所以再设置一次）。
    }
    
    static void selfInterrupt() {
        Thread.currentThread().interrupt();//线程设置interrupted中断标志
    }
    protected boolean tryAcquire(int arg) {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }

acquire()总结

1.  先调用tryAcquire()，由子类实现来尝试加锁， **如果获取到锁，则线程继续执行；反则，节点加入队列**
2.  调用addWaiter()，将调用线程封装成为一个节点并放入AQS队列。
3.  调用acquireQueued()，先park阻塞等待，直到被unPark唤醒。
4.  如果线程被设置中断，那么acquire结束前，需要重新设置中断。

#### 4.5.3 addWaiter()方法 ####

addWaiter：快速添加的方式往sync queue尾部添加节点

// 添加等待者
        private Node addWaiter(Node mode) {
            // 新生成一个节点
            Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
            // 创建临时引用pred，跟tail指向相同地址
            Node pred = tail;
            if (pred != null) { // 尾节点不为空，即队列已经初始化过
                // 将node的prev域连接到尾节点
                node.prev = pred; 
                if (compareAndSetTail(pred, node)) { // cas更新tail，指向新创建的node
                    // 设置尾节点的next域为node
                    pred.next = node;  // 结合 node.prev = pred;  形成双向链表
                    return node; // 返回新生成的节点
                }
            }
            enq(node); // 队列还未初始化，或者是compareAndSetTail操作失败，则进入enq
            return node;
        }
        //关于并发情景说明：
        // 从 Node pred = tail;  到 compareAndSetTail(pred, node); 期间，队列可能插入了新的节点，pred指向的不是最新的tail，那么compareAndSetTail(pred, node) 就会执行失败，同时 node.prev = pred; node的前驱也不是最新的tail。
        // 通过enq()来解决并发问题，enq()通过自旋+cas来保证线程安全

addWaiter()说明：

1.  使用快速添加的方式（失败不重试） **创建新节点并添加到往队列尾部** ，更新tail
2.  如果队列还没有初始化或者cas失败，则调用enq()插入队列

#### 4.5.4 enq()方法 ####

// 线程安全地创建队列、或者将节点插入队列、
        private Node enq(final Node node) {
            for (;;) { // 自旋+cas，确保节点能够成功入队列
                Node t = tail;//尾节点
                if (t == null) { // 尾节点为空，即还没被初始化
                    if (compareAndSetHead(new Node())) // 设置head。 ！！！！注意，这里是new node，没有使用参数的node，因此head节点不引用任何线程
                        tail = head; // 头节点与尾节点都指向同一个新生节点。循环继续，进入else后，参数node将插入到队列
                } else { // 尾节点不为空，即已经被初始化过
                    node.prev = t;  // 将node节点的prev域连接到尾节点
                    if (compareAndSetTail(t, node)) { // 比较更新tail，node成为新的tail
                        // 设置尾节点的next域为node
                        t.next = node;   // 结合 node.prev = t;   形成双向链表
                        return t; // 返回Node的前驱节点
                    }
                }
            }
        }
        
        //CAS head field. Used only by enq.
        private final boolean compareAndSetHead(Node update) {
            return unsafe.compareAndSwapObject(this, headOffset, null, update);
        }
        //CAS head field. Used only by enq.
        private final boolean compareAndSetTail(Node expect, Node update) {
            return unsafe.compareAndSwapObject(this, tailOffset, expect, update);
        }

enq()方法总结：

1.  功能： **cas+自旋方式将节点插入队列**
2.  **如果队列未初始化，先创建头节点head** （h ead不指向任务线程 ）， **再将节点插入到队列** （当第一个节点被创建后，队列实际有两个节点：head+业务节点）。
3.  如果队列已经初始化，则直接插入队列

#### 4.5.5 acquireQueue()方法 ####

作用：sync队列中的节点在独占且忽略中断的模式下获取(资源)

源码如下：

// sync队列中的节点在独占且忽略中断的模式下获取(资源)：
        final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
            // 标志
            boolean failed = true;
            try {
                // 中断标识。如果线程唤醒后，中断标识是true，外层的acquire()将进入selfInterrupt()。
                boolean interrupted = false;
                // 无限循环 ：如果前驱不是head，那线程将park阻塞，等待前面的节点依次执行，直到被unPark唤醒
                for (;;) {
                    // 获取node的前驱，如果前驱是head，则表明前面已经没有线程等待了，该线程可能成为工作线程
                    final Node p = node.predecessor(); 
                    // 前驱为头节点并且成功获得锁
                    if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                        setHead(node); // node晋升为head
                        p.next = null; // 旧head的next域指向null，将会被GC，移出队列
                       
                       failed = false; // 设置标志
                        return interrupted; //拿到锁，break循环，并返回中断标识
                    }
                    //执行到这里，前驱非head 或者 前驱是head但获取锁失败，那么：1、将前驱状态改为signal 2、当前线程unPark阻塞
                    //shouldParkAfterFailedAcquire()：寻找非取消状态的前驱，如果状态为signal返回true 反则，将前驱状态改为signal、再返回false
                    //前驱是signal ，执行parkAndCheckInterrupt()后，当前线程park阻塞。一直到线程被unPark唤醒，再返回线程的中断状态
                    if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                        parkAndCheckInterrupt())//parkAndCheckInterrupt返回true表明线程中断状态为true
                       //上面if同时成立，才会执行。
                       interrupted = true;  //那么把中断标识置为true
                }
            } finally { //（有异常，在抛出之前执行finally；没有异常，在return之前执行finally）
                if (failed)//只有try的代码块出现异常，failed才会是true。什么情景会产生异常？cancelAcquire分析时有说明
                    cancelAcquire(node); //执行取消逻辑
            }
        }
        
        final Node predecessor() throws NullPointerException {
                Node p = prev;
                if (p == null)
                    throw new NullPointerException();
                else
                    return p;
            }
        
          private void setHead(Node node) {
            head = node;
            node.thread = null;//再次表明head的thread属性是空的
            node.prev = null;
        }

acquireQueue()总结：

1.  功能： 节点进入AQS队列后，先park阻塞等待，直到被unPark唤醒，或者中断唤醒
2.  找到非取消状态的前驱（取消状态的将会被移出队列并GC）， **如果前驱是SIGNAL，那么当前节点进入park阻塞** ，否则，先将前驱改为SIGNAL，再进入park阻塞。
3.  被unPark唤醒后，判断前驱是头节点且获取到资源（tryAcquire成功），当前节点晋升为头节点。自此，线程获取到锁
4.  调用shouldParkAfterFailedAcquire和parkAndCheckInterrupt函数，表明只有当该节点的前驱节点的状态为SIGNAL时，才可以对该节点所封装的线程进行park操作。

#### 4.5.6 shouldParkAfterFailedAcquire()方法 ####

// 当获取(资源)失败后：1、判断能否将当前线程park；2、修改前驱节点状态为signal
        private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
            // 获取前驱节点的状态
            int ws = pred.waitStatus;
            if (ws == Node.SIGNAL) // 状态为SIGNAL
                // 只有当前驱节点为 signal时，才返回true ，表示当前线程可以安全地park阻塞；其它情况返回false
                return true; 
                //跳过那些CANCELLED状态的前驱
            if (ws > 0) { // 表示状态为CANCELLED，为1 
                do {
                    node.prev = pred = pred.prev;
                } while (pred.waitStatus > 0); // 找到pred节点前面最近的一个状态不为CANCELLED的节点；然后跳出循环并返回false
                pred.next = node; 
            } else { // 为PROPAGATE -3 或者是0 ,(为CONDITION -2时，表示此节点在condition queue中) 
                 // cas更新前驱的状态为SIGNAL.如果前驱是头节点，那么头节点ws=SIGNAL
                compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL); 
            }
            // 不能进行park操作
            return false;
        }
        //CAS waitStatus field of a node.
        private static final boolean compareAndSetWaitStatus(Node node,int expect,  int update) {
            return unsafe.compareAndSwapInt(node, waitStatusOffset, expect, update);
        }

shouldParkAfterFailedAcquire()总结：

1.  如果前驱状态是：SIGNAL，返回true。表示当前节点可以安全地unPark()阻塞
2.  遇到取消的前驱节点，则跳过。这些被取消的节点会从队列中移除并GC
3.  如果前驱状态不是：SIGNAL，将前驱状态改为：SIGNAL，返回false，回到1 继续

#### 4.5.7 parkAndCheckInterrupt()方法 ####

// 进行park操作并且返回该线程的中断标识
        private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
            LockSupport.park(this); //外面的for循环可能会导致多次park，不过没关系，park允许多次执行
           //被唤醒之后，返回中断标记，即如果是正常唤醒则返回false，如果是由于中断醒来，就返回true
            return Thread.interrupted(); // acquireQueued() 中声明的interrupted 将会被更新为这里的返回结果
        }
        public static boolean interrupted() {
            return currentThread().isInterrupted(true);//返回当前线程interrupted中断标记，同时会清除此interrupted标记
        }
    方法总结：

1.  执行park操作（前提：前驱状态是SIGNAL），在队列中阻塞等待。
2.  被unPark()唤醒后，返回线程的interrupted中断标识，并且清除interrupted标记

#### 4.5.8 cancelAcquire()方法 ####

什么时候才会执行cancelAcquire？

在lockInterruptibly()会通过抛出中断异常来执行cancelAcquire方法，lock方法过程中则不会执行该代码，作者这么些的意图在于for循环内部如果出现不可控的因素导致产生未知的异常，则会执行cancelAcquire，很明显这属于一种相对偏保守的保险代码。

// 取消获取锁
        private void cancelAcquire(Node node) {
            // Ignore if node doesn't exist
            if (node == null) // node为空，返回
                return;
            node.thread = null;// thread置空 备注1
            // Skip cancelled predecessors
            Node pred = node.prev;// pred表示：最靠近node并且状态不等于取消的前驱节点
            while (pred.waitStatus > 0) 
                node.prev = pred = pred.prev; //更新pred，往列头推进 
                
            Node predNext = pred.next; //predNext表示：pred的后继
            // 设置node节点的状态为CANCELLED
            node.waitStatus = Node.CANCELLED; //备注2
            if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) { // 若node节点为尾节点，则pred成为尾节点  备注3
                // pred的next域置为null
                compareAndSetNext(pred, predNext, null);
            } else { // 2、node节点不为尾节点，或者比较设置不成功
                int ws;
                //下面一串判断，最终目标：在node移除队列前，将有效的前驱节点状态改为signal
                if (pred != head &&
                    ((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL ||
                     (ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&
                    pred.thread != null) { 
                    // pred节点不为头节点，并且
                        //pred节点的状态为SIGNAL）或者 
                          // pred节点状态小于等于0，并且比较并设置等待状态为SIGNAL成功，并且pred节点所封装的线程不为空
                    Node next = node.next;
                    if (next != null && next.waitStatus <= 0) // 后继不为空并且后继的状态小于等于0
                        compareAndSetNext(pred, predNext, next); // 比较并设置pred.next = next;  到这里：node的前驱节点指向node的后继节点。 备注4
                } else {
                // 这里，pred==head （3、即node是head的后继）或者pred.status=0，-2时 【前面while (pred.waitStatus > 0) 已经限制了pred一定是<=0】，执行：
                    unparkSuccessor(node); // 唤醒node的后继
                }
    
                node.next = node; // help GC  后继节点指向自身  备注5
            }
        }
        //修改参数node的next域
         private static final boolean compareAndSetNext(Node node, Node expect, Node update) {
            return unsafe.compareAndSwapObject(node, nextOffset, expect, update);
        }

对cancelAcquire()总结之前，先明确以下两点：

1.  基于对acquire()方法的分析，调用链：addWait()->enq()->acquireQueue()->cancelAcquire(node)，进入到cancelAcquire()时， 节点node一定已经在队列中，而且它不会是head，并且没有持有锁 。
2.  AQS通过管理这些属性：waitStatus、thread、prev、next、head、tail、nextWaiter ，成为一个虚拟的列队。

cancelAcquire(node)总结：

cancelAcquire()负责将node移出队列，并保持队列中其他节点的顺序关系不变，它做了以下工作：

*  waitStatus更新为cancel （备注2）
 *  thread更新为null（备注1）
 *  tail：如果node是尾节点，更新tail引用 （备注3）
 *  head：不需要更新（node不会是head)
 *  prev：没有更新
 *  next： node前置的next域更新指向node后继，并且node的next指向了自身 （备注4、备注5）
 *  nextWaiter：不需要更新(跟condition有关，这里不涉及)

执行cancelAcquire后，队列变成这样的：

![21c45312c7adad9737a34a2e2ed0bc75.png][]

发现：

1.  **node没有移出队列** ，因为被后继的prev所引用。
2.  node.next变了，指向了自身，这就能解释为什么unparkSuccessor()是从后往前遍历 ：因为取消节点的next域指向了自身，所以不能从通过next来遍历，但prev是完整的，所以通过prev来遍历。
3.  取消节点，暂存在队列中， 当后继节点被唤醒，执行shouldParkAfterFailedAcquire后，取消节点的引用链清空，移出队列，最后GC回收 。

#### 4.5.9 unparkSuccessor()方法 ####

// 唤醒node节点的后继
        private void unparkSuccessor(Node node) {
           
            // 获取node节点的等待状态
            int ws = node.waitStatus;
            if (ws < 0) // 状态值小于0，为SIGNAL -1 或 CONDITION -2 或 PROPAGATE -3
                // cas节点状态为0
                compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);//如果head没有后继的情况下，状态会一直=0
            
            Node s = node.next;
            //若后继为空，或后继已取消，则从尾部往前遍历 找到最靠近的一个处于正常阻塞状态的节点进行唤醒
            // 什么时候s==null ？   node的后继节点是取消状态时，node.next为null
            if (s == null || s.waitStatus > 0) { 
                s = null; 
                // 由尾节点向前倒着遍历队列，但不会超过node节点
                for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
                    if (t.waitStatus <= 0) 
                        s = t; 
            }
            if (s != null)
                LockSupport.unpark(s.thread);//唤醒s节点线程
        }

unparkSuccessor()总结：

1.  作用：找到 **有效的后继节点unPark唤醒**
2.  寻找有效后继时 **从尾往前倒着遍历** ：因为取消节点的next域指向了自身，所以不能从通过next来遍历
3.  将发起unPark唤醒的节点（只能是head）状态改为0（意味着在head唤醒后继，到被后继推出队列的期间，状态变为0）

#### 4.5.10 release()方法 ####

以独占模式释放对象，其源码如下：

public final boolean release(int arg) {
            if (tryRelease(arg)) { //如果释放锁成功
                Node h = head; 
                // 线程A调用acquire()获取到锁之后，A线程节点变为head，然后A调用release 释放锁，存在两种情况：
                // 1、 如果有新的线程B入队，B成为后继节点，B会将A状态改为SIGNAL，那么（h != null && h.waitStatus != 0 )成立，unparkSuccessor()唤醒后继节点
                // 2、如果A后面没有节点，A状态是默认值：0 ，那么h.waitStatus != 0 不成立，直接返回true，不需要唤醒后继节点。
                if (h != null && h.waitStatus != 0) // 头节点不为空并且头节点状态不为0
                    unparkSuccessor(h); //由head唤醒后继节点
                return true;
            }
            return false;
        }

release()总结：

1.  功能：释放独占锁
2.  先调用tryRelease()由子类实现释放锁
3.  如果释放锁成功，然后unPark唤醒后继节点（没有后继就不需要唤醒）

#### 4.5.11 acquireSharedInterruptibly()方法 ####

//获取共享资源，响应中断
       public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
                throws InterruptedException {
            if (Thread.interrupted()) //读取线程中断标记，然后擦除标记
                throw new InterruptedException(); //中断标记为true，抛出中断异常，停止执行
            if (tryAcquireShared(arg) < 0)  //调用子类实现方法 获取资源
                doAcquireSharedInterruptibly(arg); //没有获取到,那么再尝试获取（进入队列排队等待）
        }

获取共享资源流程图：

![0e4d2a1deca25fcdc5078ce3ab8faf4d.png][]

acquireSharedInterruptibly()总结：

1.  **共享模式获取对象，响应中断并终止获取**
2.  先调用子类实现获取资源，没有获取到再加队队列等待。

#### 4.5.12 doAcquireSharedInterruptibly()方法 ####

//获取共享资源，响应中断
    private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
            throws InterruptedException {
            final Node node = addWaiter(Node.SHARED); //增加等待节点
            boolean failed = true;
            try {
                for (;;) {//无限循环，直到r>0
                    final Node p = node.predecessor(); // p表示 刚插入节点的前驱
                   //1、如果前驱是head
                   if (p == head) {
                        int r = tryAcquireShared(arg);//调用子类实现方法 尝试获取共享资源
                        if (r >= 0) { // >0 表示 获取到资源
                        // 1、如果是ReentrantReadWriteLock、CountDownLatch ，有可能r=1
                        // 2、如果是Semaphore，有可能r=0
                        // 1、2 都调用setHeadAndPropagate进行共享传播判断
                            setHeadAndPropagate(node, r);// 更新head并进行共享传播
                            p.next = null; // 将队列头节点的next域置空，之后，这个节点将被GC回收
                            failed = false;
                            return;
                        }
                    }
                    // 2、前驱不是head
                    //线程park阻塞，直至被unPark唤醒，或者被其它线程中断唤醒
                    if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                        parkAndCheckInterrupt())
                        throw new InterruptedException(); //进入这里表示线程中断标记为true，那么抛出中断异常
                }
            } finally {
                if (failed) //当try 代码块有异常：中断异常 或 其他未知异常，failed才是true
                    cancelAcquire(node);//取消获取资源
            }
        }

doAcquireSharedInterruptibly()总结：

1.  创建节点并插入aqs队列，将前驱状态改为signal，park阻塞，等待unPark唤醒。
2.  正常唤醒后，无限循环直到 **前驱是head** 并且调用子类方法 获取共享资源成功，调用setHeadAndPropagate()成为head并进行共享传播 。
3.  被中断唤醒、或者循环等待过程发生中断异常，执行cancelAcquire()取消获取资源

#### 4.5.13 setHeadAndPropagate()方法 ####

setHeadAndPropagate在获取共享资源的时候被调用

// 设置 同步队列的head节点，以及触发"传播"操作
    private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
            Node h = head; // 记录更新前的head
            setHead(node); //参数node 成为新的head
             //判断：
            if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
                (h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
                Node s = node.next; //获取node后继
                //后继为空或者后继是等待共享资源的节点
                if (s == null || s.isShared()) 
                    doReleaseShared(); //释放共享资源
            }
        }

满足调用doReleaseShared的条件分析：

1.  propagate > 0：
    
    ReentrantReadWriteLock、CountDownLatch 调用tryAcquireShared()返回1进入，满足条件；Semaphore 进入，propagate可能等于0，不满足，继续2
2.  h == null：
    
    h == null 表示旧head变为null，程序没有地方设置head=null，并且这里h引用着head意味着head不会被GC。 因此，h == null不满足条件，继续3 【不知道哪种情况下h==null todo】
3.  h.waitStatus < 0

*  h.waitStatus==1：取消，不能由取消节点唤醒后继，不满足条件

setHeadAndPropagate()总结：

1.  方法功能： **设置 同步队列的head节点，以及触发"传播"操作：**
2.  如果 head的后继是共享类型节点或者为null，调用doReleaseShared()来唤醒后继

#### 4.5.14 doReleaseShared()方法 ####

//遍历同步队列，调整节点状态，唤醒待申请节点
    private void doReleaseShared() {
            for (;;) {
                Node h = head;
                //1、head 不等于 tail 且不等于 null
                if (h != null && h != tail) {
                    int ws = h.waitStatus;
                    if (ws == Node.SIGNAL) {  //如果head状态为signal ，cas修改为0
                        if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
                            continue;            // loop to recheck cases
                        unparkSuccessor(h); //唤醒后继
                    }
                    //如果节点的后继还没有将其前驱改为signal，这里ws==0是成立的
                    else if (ws == 0 &&  //如果head状态为0，cas修改为propagate 
                             !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
                        continue;               //  如果在int ws = h.waitStatus; 之后，后继将head节点改为signal，那么cas失败，continue继续循环后， if (ws == Node.SIGNAL) 满足，那么将会唤醒后继。
                }
               // 只有head没有发生变化，循环才会结束，若head改变，继续循环  
                if (h == head)                   // loop if head changed
                    break;
            }
        }

doReleaseShared()总结：

1.  如果头节点状态为signal，那么CAS更新头节点状态为0，成功则调用unparkSuccessor()唤醒后继，失败则重试
2.  如果头节点状态为0，那么将CAS更新头节点状态为PROPAGTATE ，失败则重试。
3.  最后如果判断head是否发生变化，有变化则重复1、2，没有变化则方法结束。
4.  PROPAGTATE状态的意义是，增加一个状态判断，当前驱获取资源，后继同时也有机会获取到资源

#### 4.5.15 releaseShared()方法 ####

public final boolean releaseShared(int arg) {
            if (tryReleaseShared(arg)) {
                doReleaseShared();
                return true;
            }
            return false;
        }

releaseShared()方法总结：

1.  调用子类的实现方法tryReleaseShared()释放n个共享资源，释放成功则继续调用doReleaseShared()来唤醒队列中的等待节点

### 5 取消节点移出链表分析 ###

有两种情景，会将取消节点彻底移出链表：

1.  头节点unPark唤醒后继时，后继节点唤醒后重新进入shouldParkAfterFailedAcquire()
2.  取消节点后面有新节点入列时，新节点执行shouldParkAfterFailedAcquire()

以第一个情景为例子分析：

![90cee84432ae5cfff415341df6316684.png][]

### 6 在shared模式中为什么需要PROPAGATE状态 ###

结论： 在前驱节点获取资源时，后继也能够有机会申请资源，不需要等待前驱通过releaseShare()来唤醒 。

分析如下：

1：A B 先后进入队列
     2：A被唤醒，获得资源，调用setHeadAndPropagate()，晋升为head
     3、B调用shouldParkAfterFailedAcquire()，尝试将A状态改为signal但未执行
     	4、A进入doReleaseShared()，A状态等于0（3还没执行），进入ws == 0 分支处理。
     		5、此时3执行完成，B将A的状态改为signal，然后B park阻塞
     		6、A执行compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE)失败，continue继续
     			7、A进入(ws == Node.SIGNAL)分支，执行compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)成功，然后再执行unparkSuccessor()，将B唤醒。
     				8、A将B唤醒后，A去执行拿到资源后的操作，B也成功拿到资源并执行。
     				因为步骤6的continue，B不需要等待A执行releaseShare()被唤醒，在A获取到资源时同时B也能快速获取到资源，A、B可以同时执行获得资源后的任务

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