[Java并发] AQS抽象队列同步器源码解析--独占锁释放过程
要深入了解java并发知识，AbstractQueuedSynchronizer（AQS）是必须要拿出来深入学习的，AQS可以说是贯穿了整个JUC并发包，例如ReentrantLock，CountDownLatch，CyclicBarrier等并发类都涉及到了AQS。接下来就对AQS的实现原理进行分析。
在开始分析之前，势必先将CLH同步队列了解一下
CLH同步队列
CLH自旋锁: CLH(Craig, Landin, and Hagersten locks): 是一个自旋锁，能确保无饥饿性，提供先来先服务的公平性。CLH自旋锁是一种基于隐式链表（节点里面没有next指针）的可扩展、高性能、公平的自旋锁，申请线程只在本地变量上自旋，它不断轮询前驱的状态，如果发现前驱释放了锁就结束自旋。
AQS中的CLH同步队列：AQS中CLH同步队列是对CLH自旋锁进行了优化，其主要从两方面进行了改造：节点的结构与节点等待机制。
1.在结构上引入了头结点和尾节点，他们分别指向队列的头和尾，尝试获取锁、入队列、释放锁等实现都与头尾节点相关，并且每个节点都引入前驱节点和后后续节点的引用；
2.在等待机制上由原来的自旋改成阻塞唤醒。
源码中CLH的简单表示
* +------+ prev +-----+ +-----+
* head | | <---- | | <---- | | tail
* +------+ +-----+ +-----+
Node就是实现CLH同步队列的数据结构,计算下就了解下该类的相关字段属性
AQS中重要的内部类Node
static final class Node {
// 共享模式
static final Node SHARED = new Node();
// 独占模式
static final Node EXCLUSIVE = null;
// 如果属性waitStatus == Node.CANCELLED,则表明该节点已经被取消
static final int CANCELLED = 1;
// 如果属性waitStatus == Node.SIGNAL,则表明后继节点等待被唤醒
static final int SIGNAL = -1;
// 如果属性waitStatus == Node.CONDITION,则表明是Condition模式中的节点等待条件唤醒
static final int CONDITION = -2;
// 如果属性waitStatus == Node.PROPAGATE，在共享模式下，传播式唤醒后继节点
static final int PROPAGATE = -3;
// 用于标记当前节点的状态，取值为1，-1，-2，-3，分别对应以上4个取值
volatile int waitStatus;
// 前驱节点
volatile Node prev;
// 后继节点
volatile Node next;
// 当前节点对应的线程，阻塞与唤醒的线程
volatile Thread thread;
// 使用Condtion时（共享模式下）的后继节点，在独占模式中不会使用
Node nextWaiter;
final boolean isShared() {
return nextWaiter == SHARED;
}
final Node predecessor() throws NullPointerException {
Node p = prev;
if (p == null)
throw new NullPointerException();
else
return p;
}
Node() { // Used to establish initial head or SHARED marker
}
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;
}
}
下面就开始着重对AQS中的重要方法进行分析说明
获取锁
1.acquire 开始获取锁
public final void acquire(int arg) {
//如果tryAcquire返回true，即获取到锁就停止执行，否则继续向下执行向同步队列尾部添加节点
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
tryAcquire是用于获取锁的方法，在AQS中默认没有实现具体逻辑，由子类自定义实现。
如果返回true则说明获取到锁，否则需要将当前线程封装为Node节点添加到同步队列尾部。
2.当前节点入队列
将当前执行的线程封装为Node节点并加入到队尾
private Node addWaiter(Node mode) {// 首先尝试快速添加到队尾，失败再正常执行添加到队尾
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// 快速方式尝试直接添加到队尾
Node pred = tail;
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
// 如果快速添加到队尾失败则执行enq(node)添加到队尾
enq(node);
return node;
}
enq方法循环遍历添加到队尾
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { // Must initialize
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
// 添加到队列尾部
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
addWaiter(Node mode)方法执行完后，接下来执行acquireQueued方法， 返回的是该线程是否需要中断，该方法也是不停地循环获取锁，如果前节点是头节点，则尝试获取锁，获取锁成功则返回是否需要中断标志，如果获取锁失败，则判断是否需要阻塞并阻塞线程
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
// 标记是否需要被中断
boolean interrupted = false;
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
// 如果前驱节点是头节点，并且获取锁成功，则返回
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
// 判断获取锁失败后是否需要阻塞当前线程，如果阻塞线程后再判断是否需要被中断线程
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
shouldParkAfterFailedAcquire(p, node)方法判断是否需要阻塞当前线程
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus;
// 如果ws == Node.SIGNAL，则说明当前线程已经准备好被唤醒，因此现在可以被阻塞，之后等待被唤醒
if (ws == Node.SIGNAL)
return true;
if (ws > 0) {
// 如果ws > 0,说明当前节点已经被取消，因此循环剔除ws>0的前驱节点
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
//如果ws<=0,则将标志位设置为Node.SIGNAL，当还不可被阻塞，需要的等待下次执行shouldParkAfterFailedAcquire判断是否需要阻塞
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}
如果shouldParkAfterFailedAcquire(p, node)方法返回true，说明需要阻塞当前线程，则执行parkAndCheckInterrupt方法阻塞线程，并返回阻塞过程中线程是否被中断
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
LockSupport.park(this); // 阻塞线程，等待unpark()或interrupt()唤醒自己
// 线程被唤醒后查看是否被中断过。
return Thread.interrupted();
}
那么重新回到获取锁的方法acquire方法，如果acquireQueued(final Node node, int arg)返回true，也即是阻塞过程中线程被中断，则执行中断线程操作selfInterrupt()
public final void acquire(int arg) {
//如果tryAcquire返回true，即获取到锁就停止执行，否则继续向下执行向同步队列尾部添加节点，然后判断是否被中断过，是则执行中断
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
中断当前线程
static void selfInterrupt() {
Thread.currentThread().interrupt();
}
小结
AQS获取锁的过程：
1.执行tryAcquire方法获取锁，如果获取锁成功则直接返回，否则执行步骤2
2.执行addWaiter方法将当前线程封装位Node节点并添加到同步队列尾部，执行步骤3
3.执行acquireQueued循环尝试获取锁，，如果获取锁成功，则判断返回中断标志位，如果获取锁失败则调用shouldParkAfterFailedAcquire方法判断是否需要阻塞当前线程，如果需要阻塞线程则调用parkAndCheckInterrupt阻塞线程，并在被唤醒后再判断再阻塞过程中是否被中断过。
4.如果acquireQueued返回true,说明在阻塞过程中线程被中断过，则执行selfInterrupt中断线程
好了，以上就是AQS的锁获取过程，关于锁释放的分析会在后续继续输出。
