深入并发AQS二
ＡＱＳ须要解决下面几个问题：
1.锁状态，怎样保证并发情况下可以安全的更新?
2.当前线程不能获取锁时，放在哪里? ＡＱＳ是放在一个队列其中
3.怎样提高效率?
ＡＱＳ的主要职责是当获取不到锁时。将线程放入ＣＬＨ队列（一种变体）。而且当有线程释放当前拥有的锁时。找出header结点下一个结点（代表一个堵塞线程），并
将它唤醒。
因为ＡＱＳ放等待堵塞线程的队列用的是ＣＬＨ变体队列，先大致了解下队列。
ＡＱＳ的队列有一个header结点，这里ＡＱＳ仅仅有在第一次有线程尝试获取锁但获取不到时。它才会进行创建。
队列中的每一个结点代表了一个等待锁的线程，用一个Node进行封装。
Node中有一个next指针批向下一结点。这个next指针主要用于之后唤醒后面线程结点。
一个prev指向指向上一结点。
Node结点有一个waitStatus状态，有signal。cancelled，CONDITION。PROPAGATE。0(初始状态)。
当中主要关注signal状态，这个状态用于暗示当前设置了waitStatus为signal的结点线程。告诉它在释放锁时记得唤醒它后面的结点。
prev指针的作用则是用于获取前结点，这里包含设置前结点的waitStatus。
注：当第一次有线程获取不到锁时。要入队列时，会创建一个虚拟结点，header会指向这个结点，然后tail指向这个要获取锁的线程结点A。
之后，仅仅有header后一个结点，也就是刚刚入队的等待锁的线程结点A能够尝试获取锁。
获取到锁后，将header结点指向这个等待锁结点A，释放之前虚拟结点。
拥有锁的线程Ａ。之后调用unlock释放锁，释放锁会将state减1。
当state减到0时。会唤醒header（即A结点）后一个等待锁线程结点。
除了第一次获取锁时。header是指向虚拟结点，之后在线程获取到锁后，header线程指向这个获取到锁的线程结点。
全部能够获取锁的线程结点条件为：header结点的下一个结点。
ＡＱＳ的设计环绕着在适度的情况尽量不让线程挂起，进行ＣＡＳ获取锁。
AQS本身有两个核心实现方法acquire及：
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}
AQS获取锁与释放锁调用的是acquire与release方法。
acquire方法的职责是：
假设当前线程不能获取到锁。则将其封装成一个Node放入队列其中，并决定何时将当前线程真正堵塞。
否则获取到锁时，直接返回。
release的职责是：
尝试释放锁（假设当前线程没有拥有对象锁，不能进行兴许操作，即仅仅有拥有锁的线程才干对锁进行release），
成功，则从队列中找出header下一个结点（存储了堵塞了的线程），调用LockSupport的unpark方法将它唤醒。
aquire及release中的tryAcquire与tryRelease方法交由子类去完毕，子类在获取锁及释放锁时添加一些特性，如进行公平锁与非公平锁，超时等特性。
这里全部的堵塞与唤醒操作使用LockSupport的 park(Object blocker)及unpark(Thread thread)方法。
AQS定义了四个方法供子类个性化实现假设可中断，定时获取锁的形式,例如以下：
protected boolean tryAcquire(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
protected boolean tryRelease(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
protected int tryAcquireShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
protected boolean tryReleaseShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
ReentrantLock就是用ＡＱＳ作为基础框架。内部使用Sync，这个类继承了ＡＱＳ。
ReentrantLock类结构例如以下：
watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvemhhb3poZW56dW8=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/Center" alt="">
能够看到ReentrantLock有一个sync实例。然后拥有lock。lockINterruptibly等方法。
其实lock这些方法是给客户调用的，但终于ReentrantLock会将对应的调用交由sync对应方法去处理。
ReentrantLock使用sync，相当于策略模式一样。ReentrantLock为了支持非公平及公平锁，因此在内部同一时候创建了两个sync的子类，分别相应于公平锁与非公平锁实现。
Sync继承图：
接下去看下一个线程请求一个ReentrantLock锁时发生的大致流程：
能够看到线程想要获取锁。在操作１时，这里详细的获取操作是：
查看当前锁state是否为０（说明当前锁未被占有），不是则说明已被其他线程获取。进入can not分支。
假设当前锁state为0。则尝试用cas操作将锁的state改为１。cas成功后再将exclusiveOwnerThread改为当前线程。
ReentrantLock的Sync类的lock代码例如以下：
final void lock() {
if (compareAndSetState(0, 1))
setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
else
acquire(1);
}
这里假设当前线程不能马上获取锁时用调用AQS的acquire方法。
先看下AQS的acquire方法，代码例如以下：
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}
acquirey方法做了下面几件事情：
调用tryAcquire（子类ReentrantLock去实现）尝试获取锁。假设获取到则退出acquire方法。
假设tryAcquire获取不到锁，这时先通过addWaiter方法将当前线程封装成一个CLH的Node放入CLH队列。而且调用acquireQueued方法决定何时将当前线程堵塞。
接下去分别对acquire方法中的tryAcquire，addWaiter及acquireQueued进行分析。
tryAcquire是ＡＱＳ提供给子类用于实现自己个性化的获取锁机制。
ReentrantLock中分别有公平锁(FairSync)及非公平锁(NonFairSync)实现。
这里看非公平锁ＮonFairSync的实现。代码例如以下：
protected final boolean tryAcquire(int acquires) {
return nonfairTryAcquire(acquires);
}
能够看到这里最后调用的是nonFairTryAcquire方法。它的实如今Sync类主体上。代码例如以下：
/**
* Performs non-fair tryLock. tryAcquire is
* implemented in subclasses, but both need nonfair
* try for trylock method.
*/
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
}
else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
nonFairTryAcquire的之所以是非公平的，是由于不论什么线程进入这种方法获取锁时都有机会先获取锁，而无论在ＣＬＨ队列中堵塞（或在进行ＣＡＳ操作）的线程。
这里会先推断：
假设当前锁对象state为0进入if(c==0)分支，这里立即尝试ＣＡＳ操作试图将state状态改为被锁状态。假设成功继续将锁对象上的exclusiveOwnerThread改为当前线程。
假设不能ＣＡＳ成功这里就返回false，表明不能获取到锁。
假设当前锁对象state不为０，进入else if分支，这时依据锁对象上的exclusiveOwnerThread来推断是否是当前线程拥有了这个锁对象，假设是则将锁占有次数（放在state状态上）加１。而且返回true。
在nonFairTryAcquire方法运行完后，返回到ＡＱＳ的acquire方法：
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
这里假设tryAcquire(arg)返回的是true则表明当前线程已经获取到锁直接返回，否则进行 &&后面的操作。
这里会先运行addWaiter方法，这种方法会先当前线程放入到队列。
代码例如以下：
/**
* Creates and enqueues node for current thread and given mode.
*
* @param mode Node.EXCLUSIVE for exclusive, Node.SHARED for shared
* @return the new node
*/
private Node addWaiter(Node mode) {
Node node = new Node(Thread.currentThread(), mode);
// Try the fast path of enq; backup to full enq on failure
Node pred = tail;
if (pred != null) {
node.prev = pred;
if (compareAndSetTail(pred, node)) {
pred.next = node;
return node;
}
}
enq(node);
return node;
}
能够看到先将当前线程封装成一个Node对象，然后尝试将新结点放入到队尾，这里会推断队尾是否存在.
假设存在，则尝试将它放入队尾。
不存在调用enque方法。创建一个新的header结点使header指针指向这个header结点。
tail指针指向这个当前线程结点。
代码例如以下：
private Node enq(final Node node) {
for (;;) {
Node t = tail;
if (t == null) { // Must initialize
if (compareAndSetHead(new Node()))
tail = head;
} else {
node.prev = t;
if (compareAndSetTail(t, node)) {
t.next = node;
return t;
}
}
}
}
能够看到这种方法终于是创建一个header结点,将header指针指向了header结点。并将header结点的next指针指向当前线程结点。
而tail指针指向这个当前线程结点。
如图：
然后返回到acquire方法:
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
运行acquireQueued方法，这种方法会观察当前在队列中的结点的上一结点看它的状态waitState是否为signal，假设不是则进行一次ＣＡＳ尝试获取锁，还是不成功的情况下则调用LookSurport的park方法堵塞该线程。
代码例如以下：
final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
boolean failed = true;
try {
boolean interrupted = false;
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head && tryAcquire(arg)) {
setHead(node);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return interrupted;
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
interrupted = true;
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
能够看到对于这部分来讲，仅仅有头结点后面的一个结点线程才有机会用ＣＡＳ获取锁。即运行if (p == head && tryAcquire(arg)) 。
这里假设当前结点线程不是头结点下一结点或者说ＣＡＳ获取锁还是失败，则进入shouldParkAfterFailedAcquire方法，看是否该返回true表明该堵塞该线程了。
则进入shouldParkAfterFailedAcquire方法代码例如以下：
private static boolean shouldParkAfterFailedAcquire(Node pred, Node node) {
int ws = pred.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL)
/*
* This node has already set status asking a release
* to signal it, so it can safely park.
*/
return true;
if (ws > 0) {
/*
* Predecessor was cancelled. Skip over predecessors and
* indicate retry.
*/
do {
node.prev = pred = pred.prev;
} while (pred.waitStatus > 0);
pred.next = node;
} else {
/*
* waitStatus must be 0 or PROPAGATE. Indicate that we
* need a signal, but don't park yet. Caller will need to
* retry to make sure it cannot acquire before parking.
*/
compareAndSetWaitStatus(pred, ws, Node.SIGNAL);
}
return false;
}
能够看到这里假设当前线程结点上一结点的waitStatus不为signal或者大于１时（表明CANCELLED），这时会先设置前一结点的waitStatus为signal。
然后返回false表明先不堵塞当前线程，返回acquireQueued方法会再走一次for循环。
第二次走acquireQueued的for循环时，发现还是不能获取锁，这时shouldParkAfterFailedAcquire会返回true，然后回到acquireQueued方法就调用parkAndCheckInterrupt方法真正堵塞线程了。
这样完毕了线程获取锁的整个流程解析。接下去须要解析释放锁这部分逻辑。相对于线程获取锁简单一点。
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