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JUC中的AQS底層詳細超詳解

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摘要：當你使用java實現一個線程同步的對象時，一定會包含一個問題：你該如何保證多個線程訪問該對象時 ， 正確地進行阻塞等待，正確地被喚醒？
本文分享自華為云社區《JUC中的AQS底層詳細超詳解，剖析AQS設計中所需要考慮的各種問題！》，作者： breakDawn。
java中AQS究竟是做什么的？當你使用java實現一個線程同步的對象時，一定會包含一個問題：
你該如何保證多個線程訪問該對象時，正確地進行阻塞等待，正確地被喚醒？
關于這個問題，java的設計者認為應該是一套通用的機制
因此將一套線程阻塞等待以及被喚醒時鎖分配的機制稱之為AQS
全稱 AbstractQuenedSynchronizer
中文名即抽象的隊列式同步器。
基于AQS，實現了例如ReentenLock之類的經典JUC類 。
AQS簡要步驟
  1. 線程訪問資源 ， 如果資源足夠，則把線程封裝成一個Node，設置為活躍線程進入CLH隊列，并扣去資源
  2. 資源不足，則變成等待線程Node，也進入CLH隊列
  3. CLH是一個雙向鏈式隊列, head節點是實際占用鎖的線程 ， 后面的節點則都是等待線程所對應對應的節點
AQS的資源statestate定義AQS中的資源是一個int值，而且是volatile的 ， 并提供了3個方法給子類使用：
private volatile int state;protected final int getState() { return state;}protected final void setState(int newState) {state = newState;}// cas方法compareAndSetState(int oldState, int newState);如果state上限只有1，那么就是獨占模式Exclusive，例如 ReentrantLock
如果state上限大于1，那就是共享模式Share，例如 Semaphore、CountDownLatch、ReadWriteLock ， CyclicBarrier
已經有CAS方法了，為什么資源state還要定義成volatile的？對外暴露的getter/setter方法，是走不了CAS的 。而且setter/getter沒有被synchronized修飾 。所以必須要volatile，保證可見性
這樣基于AQS的實現可以直接通過getter/setter操作state變量，并且保證可見性，也避免重排序帶來的影響 。比如CountDownLatch，ReentrantReadWriteLock，Semaphore都有體現（各種getState、setState）
對資源的操作什么時候用CAS，什么使用setState？volatile的state成員有一個問題 ， 就是如果是復合操作的話不能保證復合操作的原子性
因此涉及 state增減的情況，采用CAS
如果是state設置成某個固定值 ， 則使用setState
AQS的CLH隊列為什么需要一個CLH隊列這個隊列的目的是為了公平鎖的實現
即為了保證先到先得，要求每個線程封裝后的Node按順序拼接起來 。
CLH本質？是一個Queue容器嗎不是的 ， 本質上是一個鏈表式的隊列
因此核心在于鏈表節點Node的定義
JUC中的AQS底層詳細超詳解

文章插圖
除了比較容易想到的prev和next指針外
【JUC中的AQS底層詳細超詳解】還包含了該節點內的線程
以及 waitStatus 等待狀態
4種等待狀態如下：
  • CANCELLED（1）： 因為超時或者中斷，節點會被設置為取消狀態 ， 被取消的節點時不會參與到競爭中的，他會一直保持取消狀態不會轉變為其他狀態；
  • SIGNAL（-1）：后繼節點的線程處于等待狀態，而當前節點的線程如果釋放了同步狀態或者被取消，將會通知后繼節點 ， 使后繼節點的線程得以運行
  • CONDITION（-2） ： 點在等待隊列中，節點線程等待在Condition上 ， 當其他線程對Condition調用了signal()后，改節點將會從等待隊列中轉移到同步隊列中，加入到同步狀態的獲取中
  • PROPAGATE（-3） ： 表示下一次共享式同步狀態獲取將會無條件地傳播下去
  • INIT（ 0）:
入隊是怎么保證安全的？入隊過程可能引發沖突
因此會用CAS保障入隊安全 。
private Node enq(final Node node) { //多次嘗試，直到成功為止 for (;;) { Node t = tail; //tail不存在 ， 設置為首節點 if (t == null) { if (compareAndSetHead(new Node()))tail = head; } else { //設置為尾節點 node.prev = t; if (compareAndSetTail(t, node)) { t.next = node; return t; } } } }出隊過程會發生什么？一旦有節點出隊，說明有線程釋放資源了 ， 隊頭的等待線程可以開始嘗試獲取了 。
于是首節點的線程釋放同步狀態后，將會喚醒它的后繼節點（next）
而后繼節點將會在獲取同步狀態成功時將自己設置為首節點
注意在這個過程是不需要使用CAS來保證的，因為只有一個線程能夠成功獲取到同步狀態

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