Java中的AQS同步隊列問題詳解

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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 包下的大多數同步工具提供瞭核心實現，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（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，有助於理解），從圖中我們不難發現 AQS 內部持有兩個 Node 類型的 head 、tail 屬性，我們在什麼時候會接觸到頭尾節點的定義，大傢都是有經驗的開發人員，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 這樣的一個狀態字段，Lock 的重入特性就是根據此來實現的，可以表示當前線程的鎖重入次數。整個類繼承自 AbstractOwnableSynchronizer 類，自然擁有對於其父類中屬性的一些控制權，而裡面的 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、節點剖析

當然鏈表隻是一種組織存儲形式的一種數據結構，這裡叫做 FIFO 雙向隊列，至於為什麼是雙向的呢，看一下 Node 的節點定義就能明白，一個節點中含有 prev 、next 節點來快速訪問前驅和後繼節點，不就是典型的雙向形式呢。

相信大傢在看到這個類字段的屬性名定義之後就能才出來其的作用，但是這裡還是介紹一下主要的幾個字段含義，印證大傢的猜想。

屬性 作用
thread 表示當前節點封裝的具體線程
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 當前節點的前驅節點
next 當前節點的後繼節點
waitStatus 記錄當前線程的等待狀態，其狀態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餘節點線程

2、AQS 實現原理

上面我們知道瞭 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 節點而插入到隊列當中；當其他的線程釋放鎖之後又會從隊列中喚醒一個節點去爭搶鎖。

2.1、隊列初始化

通過源碼我們可以發現，在 AQS 進行初始化的時候的並沒有對 head 、tail 進行初始化，而這兩個節點是控制整個隊列的，也就是說一開始整個隊列處於 null 狀態。

protected AbstractQueuedSynchronizer() {}

當第一個線程爭搶鎖失敗之後會封裝成 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），初始化完成之後就將當前線程節點接在隊列的尾部。

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

2.2、追加節點

追加節點的操作就是簡單的鏈表尾部添加節點的過程瞭，這裡就不做過多的贅述。這裡來看看前面初始化時會添加一個額外的節點在隊列中，其實這個節點就是代表當前已經獲取瞭鎖的線程，至於為什麼這麼設置，大傢往後看就明白瞭。

3、AQS 喚醒動作

在進行線程喚醒的過程中，會優先喚醒當前持有鎖線程的下一個節點線程。

  • head 指針指向下一個節點；
  • 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瞭，但是這樣來講其實是不完美的，因為 AQS 隻是一個抽象的統一工具，本身並沒有對業務進行規范，還是要結合具體的實現類，例如 ReentrantLock 、CountDownLatch 、CyclicBarrier 這些的執行過程來進行分析。

到此這篇關於Java中的AQS同步隊列的文章就介紹到這瞭,更多相關java AQS同步隊列內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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