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标题: JUC锁:核心类AQS源码详解 [打印本页]

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作者: 王國慶    时间: 2022-9-16 18:17
标题: JUC锁:核心类AQS源码详解
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• 1 疑点todo和解疑
  
• 2 AbstractQueuedSynchronizer学习总结
  
  
  
  • 2.1 AQS要点总结
    
  • 2.2 细节分析
    
    
    
    • 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
      
    
    
  
  
• 3 AQS 简介
  
  
  
  • 3.1 AQS核心思想
    
  • 3.2 对资源的共享方式
    
  • 3.3 AQS数据结构
    
  
  
• 4 AbstractQueuedSynchronizer源码分析
  
  
  
  • 4.1 类的继承关系
    
    
    
    • 4.1.1 AQS需要子类重写的方法
      
    
    
  • 4.2 类的常量/成员变量
    
  • 4.3 静态内部类Node
    
  • 4.4 构造函数
    
  • 4.5 核心方法分析
    
    
    
    • 4.5.1 核心方法概览
      
    • 4.5.2 acquire()方法
      
    • 4.5.3 addWaiter()方法
      
    • 4.5.4 enq()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
      
    • 4.5.10 release()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
  

• 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
  

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

复制代码

• 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。
  
• 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。
  
• 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。

• 每一个节点都是由前一个节点唤醒
  
• 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。
  
• condition queue中的节点向sync queue中转移是通过signal操作完成的。
  
• SIGNAL，表示后面的节点需要运行。
  
• 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

1. //addWaiter():
2. node.prev = pred; // 1 更新node节点的prev域
3. if (compareAndSetTail(pred, node)) {
4.     pred.next = node; //2 更新node前驱的next域
5.     return node;
6. }
7. //enq():
8. node.prev = t; // 1 更新node节点的prev域
9. if (compareAndSetTail(t, node)) {
10.     t.next = node;//2 更新node前驱的next域
11.     return t;
12. }
13. //unparkSuccessor():
14. 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
15.       //....
16.         if (s != null)
17.             LockSupport.unpark(s.thread);

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• 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
  
• 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

• 共享锁的传播性。
  
• doReleaseShared()中head改变，会循环唤醒head的后继节点。
  
• 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：

• 同步状态的原子性管理；
  
• 线程的阻塞与唤醒；
  
• 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

• 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
  
• 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
  
• 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】
  
• 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：

• Exclusive(独占)：只有一个线程能执行。又可分为公平锁和非公平锁：
  
  
  • 公平锁：按照线程在队列中的排队顺序，先到者先拿到锁
    
  • 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
    
  
  
• 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：

• 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
  
• 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

1. public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
2.     extends AbstractOwnableSynchronizer
3.     implements java.io.Serializable

复制代码

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

1. public abstract class AbstractOwnableSynchronizer
2.     implements java.io.Serializable {
3.     private static final long serialVersionUID = 3737899427754241961L;
4.     protected AbstractOwnableSynchronizer() { }//   构造函数
5.     private transient Thread exclusiveOwnerThread; //独占模式下的线程
6.     // 设置独占线程
7.     protected final void setExclusiveOwnerThread(Thread thread) {
8.         exclusiveOwnerThread = thread;
9.     }
10.     // 获取独占线程
11.     protected final Thread getExclusiveOwnerThread() {
12.         return exclusiveOwnerThread;
13.     }
14. }

复制代码

4.1.1 AQS需要子类重写的方法

1.     protected boolean tryAcquire(int arg) {//独占方式获取锁
2.         throw new UnsupportedOperationException();
3.     }
4.     protected boolean tryRelease(int arg) { //释放独占的锁
5.         throw new UnsupportedOperationException();
6.     }
7.     protected int tryAcquireShared(int arg) { //以共享方式获取锁
8.         throw new UnsupportedOperationException();
9.     }
10.     protected boolean tryReleaseShared(int arg) {//释放共享锁
11.         throw new UnsupportedOperationException();
12.     }
13.     protected boolean isHeldExclusively() {//是否独占资源
14.         throw new UnsupportedOperationException();
15.     }

复制代码

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

1. public abstract class AbstractQueuedSynchronizer extends AbstractOwnableSynchronizer
2.     implements java.io.Serializable {   
3.     private static final long serialVersionUID = 7373984972572414691L;   
4.     // 头节点
5.     private transient volatile Node head;   
6.     // 尾节点
7.     private transient volatile Node tail;   
8.     //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
9.     private volatile int state;   
10.     // 自旋时间
11.     static final long spinForTimeoutThreshold = 1000L;
12.    
13.     // 以下跟cas有关
14.     private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();  // Unsafe类实例
15.     private static final long stateOffset; // state内存偏移地址
16.     private static final long headOffset; // head内存偏移地址
17.     private static final long tailOffset; // state内存偏移地址
18.     private static final long waitStatusOffset;// tail内存偏移地址
19.     private static final long nextOffset; // next内存偏移地址
20.     // 静态初始化块
21.     static {
22.         try {
23.             stateOffset = unsafe.objectFieldOffset
24.                 (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("state"));
25.             headOffset = unsafe.objectFieldOffset
26.                 (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("head"));
27.             tailOffset = unsafe.objectFieldOffset
28.                 (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("tail"));
29.             waitStatusOffset = unsafe.objectFieldOffset
30.                 (Node.class.getDeclaredField("waitStatus"));
31.             nextOffset = unsafe.objectFieldOffset
32.                 (Node.class.getDeclaredField("next"));
33.         } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
34.     }
35. }

复制代码

说明：

• 属性中包含了头节点head，尾节点tail，状态state、自旋时间spinForTimeoutThreshold
  
• 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
  
• 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

1. static final class Node
2. {
3.         // 模式，分为共享与独占
4.         static final Node SHARED = new Node();// 共享模式
5.         static final Node EXCLUSIVE = null; // 独占模式
6.         // 节点状态
7.         static final int CANCELLED =  1;//表示当前的线程被取消
8.         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】，
9.         static final int CONDITION = -2;//表示当前节点在等待condition，也就是在condition队列中
10.         static final int PROPAGATE = -3;//表示当前场景下后续的acquireShared能够得以执行
11.         volatile int waitStatus;//节点状态;表示当前节点在sync队列中，等待着获取锁
13.         volatile Node prev; // 指向当前节点的前驱
14.         volatile Node next;// 指向当前节点的后继
15.         volatile Thread thread;//节点所对应的线程
16.         Node nextWaiter;// 下一个等待者    只跟condition有关
17.     private transient volatile Node head; // 头节点  懒加载
18.     private transient volatile Node tail; //尾节点  懒加载
19.     private volatile int state;  // 同步状态
21.         // 节点是否在共享模式下等待
22.         final boolean isShared() {
23.             return nextWaiter == SHARED;
24.         }
25.         // 获取前驱节点，若前驱节点为空，抛出异常
26.         final Node predecessor() throws NullPointerException {
27.             Node p = prev;// 保存前驱节点
28.             if (p == null)
29.                 throw new NullPointerException();
30.             else
31.                 return p;
32.         }
33.         // 无参构造函数
34.         Node() { // Used to establish initial head or SHARED marker
35.         }
36.         // 构造函数
37.         Node(Thread thread, Node mode) {        // Used by addWaiter
38.             this.nextWaiter = mode;
39.             this.thread = thread;
40.         }
42.         Node(Thread thread, int waitStatus) { // Used by Condition
43.             this.waitStatus = waitStatus;
44.             this.thread = thread;
45.         }
46. }

复制代码

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

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

复制代码

4.5 核心方法分析

4.5.1 核心方法概览

1. public final void acquireShared(int arg) {...} // 获取共享资源的入口（忽略中断）
2. protected int tryAcquireShared(int arg); // 尝试获取共享资源
3. private void doAcquireShared(int arg) {...} // AQS中获取共享资源流程整合
4. private Node addWaiter(Node mode){...} // 将node加入到同步队列的尾部
5. protected int tryAcquireShared(int arg); // 尝试获取共享资源
6. 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
7. private void doReleaseShared() {...} // 遍历同步队列，调整节点状态，唤醒待申请节点
8. 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
9. 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）
10. 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

复制代码

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：

源码如下：

1. public final void acquire(int arg) {
2.     if (!tryAcquire(arg) && acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
3.         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）。
4. }
6. static void selfInterrupt() {
7.     Thread.currentThread().interrupt();//线程设置interrupted中断标志
8. }
9. protected boolean tryAcquire(int arg) {
10.         throw new UnsupportedOperationException();
11.     }

复制代码

acquire()总结

• 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
  
• 调用addWaiter()，将调用线程封装成为一个节点并放入AQS队列。
  
• 调用acquireQueued()，先park阻塞等待，直到被unPark唤醒。
  
• 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

1. // 添加等待者
2.     private Node addWaiter(Node mode) {
3.         // 新生成一个节点
4.         Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
5.         // 创建临时引用pred，跟tail指向相同地址
6.         Node pred = tail;
7.         if (pred != null) { // 尾节点不为空，即队列已经初始化过
8.             // 将node的prev域连接到尾节点
9.             node.prev = pred;
10.             if (compareAndSetTail(pred, node)) { // cas更新tail，指向新创建的node
11.                 // 设置尾节点的next域为node
12.                 pred.next = node;  // 结合 node.prev = pred;  形成双向链表
13.                 return node; // 返回新生成的节点
14.             }
15.         }
16.         enq(node); // 队列还未初始化，或者是compareAndSetTail操作失败，则进入enq
17.         return node;
18.     }
19.     //关于并发情景说明：
20.     // 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。
21.     // 通过enq()来解决并发问题，enq()通过自旋+cas来保证线程安全

复制代码

addWaiter()说明：

• 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
  
• 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

1.     // 线程安全地创建队列、或者将节点插入队列、
2.     private Node enq(final Node node) {
3.         for (;;) { // 自旋+cas，确保节点能够成功入队列
4.             Node t = tail;//尾节点
5.             if (t == null) { // 尾节点为空，即还没被初始化
6.                 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
7.                     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
8.             } else { // 尾节点不为空，即已经被初始化过
9.                 node.prev = t;  // 将node节点的prev域连接到尾节点
10.                 if (compareAndSetTail(t, node)) { // 比较更新tail，node成为新的tail
11.                     // 设置尾节点的next域为node
12.                     t.next = node;   // 结合 node.prev = t;   形成双向链表
13.                     return t; // 返回Node的前驱节点
14.                 }
15.             }
16.         }
17.     }
18.    
19.     //CAS head field. Used only by enq.
20.     private final boolean compareAndSetHead(Node update) {
21.         return unsafe.compareAndSwapObject(this, headOffset, null, update);
22.     }
23.     //CAS head field. Used only by enq.
24.     private final boolean compareAndSetTail(Node expect, Node update) {
25.         return unsafe.compareAndSwapObject(this, tailOffset, expect, update);
26.     }

复制代码

enq()方法总结：

• 功能：cas+自旋方式将节点插入队列
  
• 如果队列未初始化，先创建头节点head（head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）。
  
• 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：

1. // sync队列中的节点在独占且忽略中断的模式下获取(资源)：
2.     final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
3.         // 标志
4.         boolean failed = true;
5.         try {
6.             // 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()。
7.             boolean interrupted = false;
8.             // 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
9.             for (;;) {
10.                 // 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
11.                 final Node p = node.predecessor();
12.                 // 前驱为头节点并且成功获得锁
13.                 if (p == head && tryAcquire(arg)) {
14.                     setHead(node); // node晋升为head
15.                     p.next = null; // 旧head的next域指向null，将会被GC，移出队列
16.                   
17.                    failed = false; // 设置标志
18.                     return interrupted; //拿到锁，break循环，并返回中断标识
19.                 }
20.                 //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
21.                 //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
22.                 //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
23.                 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
24.                     parkAndCheckInterrupt())//parkAndCheckInterrupt返回true表明线程中断状态为true
25.                    //上面if同时成立，才会执行。
26.                    interrupted = true;  //那么把中断标识置为true
27.             }
28.         } finally { //（有异常，在抛出之前执行finally；没有异常，在return之前执行finally）
29.             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
30.                 cancelAcquire(node); //执行取消逻辑
31.         }
32.     }
33.    
34.     final Node predecessor() throws NullPointerException {
35.             Node p = prev;
36.             if (p == null)
37.                 throw new NullPointerException();
38.             else
39.                 return p;
40.         }
41.    
42.       private void setHead(Node node) {
43.         head = node;
44.         node.thread = null;//再次表明head的thread属性是空的
45.         node.prev = null;
46.     }

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acquireQueue()总结：

• 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
  
• 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。
  
• 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
  
• 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

1. // 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
2.     private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
3.         // 获取前驱节点的状态
4.         int ws = pred.waitStatus;
5.         if (ws == Node.SIGNAL) // 状态为SIGNAL
6.             // 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
7.             return true;
8.             //跳过那些CANCELLED状态的前驱
9.         if (ws > 0) { // 表示状态为CANCELLED，为1
10.             do {
11.                 node.prev = pred = pred.prev;
12.             } 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
13.             pred.next = node;
14.         } else { // 为PROPAGATE -3 或者是0 ,(为CONDITION -2时，表示此节点在condition queue中)
15.              // 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
16.             compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
17.         }
18.         // 不能进行park操作
19.         return false;
20.     }
21.     //CAS waitStatus field of a node.
22.     private static final boolean compareAndSetWaitStatus(Node node,int expect,  int update) {
23.         return unsafe.compareAndSwapInt(node, waitStatusOffset, expect, update);
24.     }

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shouldParkAfterFailedAcquire()总结：

• 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
  
• 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
  
• 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

1. // 进行park操作并且返回该线程的中断标识
2.     private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
3.         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
4.        //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
5.         return Thread.interrupted(); // acquireQueued() 中声明的interrupted 将会被更新为这里的返回结果
6.     }
7.     public static boolean interrupted() {
8.         return currentThread().isInterrupted(true);//返回当前线程interrupted中断标记，同时会清除此interrupted标记
9.     }

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方法总结：

• 执行park操作（前提：前驱状态是SIGNAL），在队列中阻塞等待。
  
• 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？

1. 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。

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1. // 取消获取锁
2.     private void cancelAcquire(Node node) {
3.         // Ignore if node doesn't exist
4.         if (node == null) // node为空，返回
5.             return;
6.         node.thread = null;// thread置空 备注1
7.         // Skip cancelled predecessors
8.         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
9.         while (pred.waitStatus > 0)
10.             node.prev = pred = pred.prev; //更新pred，往列头推进
11.             
12.         Node predNext = pred.next; //predNext表示：pred的后继
13.         // 设置node节点的状态为CANCELLED
14.         node.waitStatus = Node.CANCELLED; //备注2
15.         if (node == tail && compareAndSetTail(node, pred)) { // 若node节点为尾节点，则pred成为尾节点  备注3
16.             // pred的next域置为null
17.             compareAndSetNext(pred, predNext, null);
18.         } else { // 2、node节点不为尾节点，或者比较设置不成功
19.             int ws;
20.             //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
21.             if (pred != head &&
22.                 ((ws = pred.waitStatus) == Node.SIGNAL ||
23.                  (ws <= 0 && compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL))) &&
24.                 pred.thread != null) {
25.                 // pred节点不为头节点，并且
26.                     //pred节点的状态为SIGNAL）或者
27.                       // 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
28.                 Node next = node.next;
29.                 if (next != null && next.waitStatus <= 0) // 后继不为空并且后继的状态小于等于0
30.                     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
31.             } else {
32.             // 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：
33.                 unparkSuccessor(node); // 唤醒node的后继
34.             }
36.             node.next = node; // help GC  后继节点指向自身  备注5
37.         }
38.     }
39.     //修改参数node的next域
40.      private static final boolean compareAndSetNext(Node node, Node expect, Node update) {
41.         return unsafe.compareAndSwapObject(node, nextOffset, expect, update);
42.     }

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doAcquireSharedInterruptibly()总结：

• 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。
  
• 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。
  
• 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

1.     // 唤醒node节点的后继
2.     private void unparkSuccessor(Node node) {
3.       
4.         // 获取node节点的等待状态
5.         int ws = node.waitStatus;
6.         if (ws < 0) // 状态值小于0，为SIGNAL -1 或 CONDITION -2 或 PROPAGATE -3
7.             // cas节点状态为0
8.             compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);//如果head没有后继的情况下，状态会一直=0
9.         
10.         Node s = node.next;
11.         //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
12.         // 什么时候s==null ？   node的后继节点是取消状态时，node.next为null
13.         if (s == null || s.waitStatus > 0) {
14.             s = null;
15.             // 由尾节点向前倒着遍历队列，但不会超过node节点
16.             for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
17.                 if (t.waitStatus <= 0)
18.                     s = t;
19.         }
20.         if (s != null)
21.             LockSupport.unpark(s.thread);//唤醒s节点线程
22.     }

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满足调用doReleaseShared的条件分析：

• 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
  
• 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】
  
• 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：

• 方法功能：设置 同步队列的head节点，以及触发"传播"操作：
  
• 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

1. public final boolean release(int arg) {
2.         if (tryRelease(arg)) { //如果释放锁成功
3.             Node h = head;
4.             // 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：
5.             // 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
6.             // 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。
7.             if (h != null && h.waitStatus != 0) // 头节点不为空并且头节点状态不为0
8.                 unparkSuccessor(h); //由head唤醒后继节点
9.             return true;
10.         }
11.         return false;
12.     }

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doReleaseShared()总结：

• 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
  
• 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。
  
• 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。
  
• 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

1.    //获取共享资源，响应中断
2.    public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
3.             throws InterruptedException {
4.         if (Thread.interrupted()) //读取线程中断标记，然后擦除标记
5.             throw new InterruptedException(); //中断标记为true，抛出中断异常，停止执行
6.         if (tryAcquireShared(arg) < 0)  //调用子类实现方法 获取资源
7.             doAcquireSharedInterruptibly(arg); //没有获取到,那么再尝试获取（进入队列排队等待）
8.     }

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releaseShared()方法总结：

• 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：

• 头节点unPark唤醒后继时，后继节点唤醒后重新进入shouldParkAfterFailedAcquire()
  
• 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：

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. //获取共享资源，响应中断
2. private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
3.         throws InterruptedException {
4.         final Node node = addWaiter(Node.SHARED); //增加等待节点
5.         boolean failed = true;
6.         try {
7.             for (;;) {//无限循环，直到r>0
8.                 final Node p = node.predecessor(); // p表示 刚插入节点的前驱
9.                //1、如果前驱是head
10.                if (p == head) {
11.                     int r = tryAcquireShared(arg);//调用子类实现方法 尝试获取共享资源
12.                     if (r >= 0) { // >0 表示 获取到资源
13.                     // 1、如果是ReentrantReadWriteLock、CountDownLatch ，有可能r=1
14.                     // 2、如果是Semaphore，有可能r=0
15.                     // 1、2 都调用setHeadAndPropagate进行共享传播判断
16.                         setHeadAndPropagate(node, r);// 更新head并进行共享传播
17.                         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
18.                         failed = false;
19.                         return;
20.                     }
21.                 }
22.                 // 2、前驱不是head
23.                 //线程park阻塞，直至被unPark唤醒，或者被其它线程中断唤醒
24.                 if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
25.                     parkAndCheckInterrupt())
26.                     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
27.             }
28.         } finally {
29.             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
30.                 cancelAcquire(node);//取消获取资源
31.         }
32.     }

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