Java多線程進階（九）—— J.U.C之locks框架：AQS共享功能剖析(4)

CompileYouth 發布于2019-08-19 10:50 / 1983人閱讀

摘要：好了，繼續向下執行，嘗試獲取鎖失敗后，會調用首先通過方法，將包裝成共享結點，插入等待隊列，插入完成后隊列結構如下然后會進入自旋操作，先嘗試獲取一次鎖，顯然此時是獲取失敗的主線程還未調用，同步狀態還是。

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一、本章概述

AQS系列的前三個章節，我們通過ReentrantLock的示例，分析了AQS的獨占功能。
本章將以CountDownLatch為例，分析AQS的共享功能。CountDownLatch，是J.U.C中的一個同步器類，可作為倒數計數器使用，關于CountDownLatch的使用和說明，讀者可以參考：
Java多線程進階（十八）—— J.U.C之synchronizer框架：CountDownLatch。

CountDownLatch示例
 假設現在有3個線程，ThreadA、ThreadB、mainThread，CountDownLatch初始計數為1：
CountDownLatch switcher = new CountDownLatch(1);

線程的調用時序如下：

//ThreadA調用await()方法等待

//ThreadB調用await()方法等待

//主線程main調用countDown()放行

二、AQS共享功能的原理 1. 創建CountDownLatch

CountDownLatch的創建沒什么特殊，調用唯一的構造器，傳入一個初始計數值，內部實例化一個AQS子類：

CountDownLatch switcher = new CountDownLatch(1);

可以看到，初始計數值count其實就是同步狀態值，在CountDownLatch中，同步狀態State表示CountDownLatch的計數器的初始大小。

2. ThreadA調用await()方法等待

CountDownLatch的await方法是響應中斷的，該方法其實是調用了AQS的acquireSharedInterruptibly方法：

注意tryAcquireShared方法，該方法嘗試獲取鎖，由AQS子類實現，其返回值的含義如下：

State	資源的定義
小于0	表示獲取失敗
0	表示獲取成功
大于0	表示獲取成功，且后繼爭用線程可能成功

CountDownLatch中的tryAcquireShared實現相當簡單，當State值為0時，永遠返回成功：

我們之前說了在CountDownLatch中，同步狀態State表示CountDownLatch的計數器的初始值，當State==0時，表示無鎖狀態，且一旦State變為0，就永遠處于無鎖狀態了，此時所有線程在await上等待的線程都可以繼續執行。
而在ReentrantLock中，State==0時，雖然也表示無鎖狀態，但是只有一個線程可以重置State的值。這就是共享鎖的含義。

好了，繼續向下執行，ThreadA嘗試獲取鎖失敗后，會調用doAcquireSharedInterruptibly：

首先通過addWaiter方法，將ThreadA包裝成共享結點，插入等待隊列，插入完成后隊列結構如下：

然后會進入自旋操作，先嘗試獲取一次鎖，顯然此時是獲取失敗的（主線程main還未調用countDown，同步狀態State還是1）。
然后判斷是否要進入阻塞（shouldParkAfterFailedAcquire）：

好了，至此，ThreadA進入阻塞態，最終隊列結構如下：

3. ThreadB調用await()方法等待

流程和步驟2完全相同，調用后ThreadB也被加入到等待隊列中：

4. 主線程main調用countDown()放行

ThreadA和ThreadB調用了await()方法后都在等待了，現在主線程main開始調用countDown()方法，該方法調用后，ThreadA和ThreadB都會被喚醒，并繼續往下執行，達到類似門栓的作用。

來看下countDown方法的內部：

該方法內部調用了AQS的releaseShared方法，先嘗試一次釋放鎖，tryReleaseShared方法是一個鉤子方法，由CountDownLatch實現，當同步State狀態值首次變為0時，會返回true：

先調用compareAndSetWaitStatus將頭結點的等待狀態置為0，表示將喚醒后續結點（ThreadA），成功后的等待隊列結構如下：

然后調用unparkSuccessor喚醒后繼結點（ThreadA被喚醒后會從原阻塞處繼續往下執行，這個在步驟5再講）：

此時，等待隊列結構如下：

5. ThreadA從原阻塞處繼續向下執行

ThreadA被喚醒后，會從原來的阻塞處繼續向下執行：
由于是一個自旋操作，ThreadA會再次嘗試獲取鎖，由于此時State同步狀態值為0（無鎖狀態），所以獲取成功。然后調用setHeadAndPropagate方法：

setHeadAndPropagate方法把ThreadA結點變為頭結點，并根據傳播狀態判斷是否要喚醒并釋放后繼結點：

①將ThreadA變成頭結點

②調用doReleaseShared方法，釋放并喚醒ThreadB結點

6. ThreadB從原阻塞處繼續向下執行

ThreadB被喚醒后，從原阻塞處繼續向下執行，這個過程和步驟5（ThreadA喚醒后繼續執行）完全一樣。

setHeadAndPropagate方法把ThreadB結點變為頭結點，并根據傳播狀態判斷是否要喚醒并釋放后繼結點：

①將ThreadB變成頭結點

②調用doReleaseShared方法，釋放并喚醒后繼結點（此時沒有后繼結點了，則直接break）：

最終隊列狀態如下：

三、總結

AQS的共享功能，通過鉤子方法tryAcquireShared暴露，與獨占功能最主要的區別就是：

共享功能的結點，一旦被喚醒，會向隊列后部傳播（Propagate）狀態，以實現共享結點的連續喚醒。這也是共享的含義，當鎖被釋放時，所有持有該鎖的共享線程都會被喚醒，并從等待隊列移除。

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Java多線程進階（七）—— J.U.C之locks框架：AQS獨占功能剖析(2)

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